JP3147493B2 - 圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧力基準室を有する
圧力センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧力基準室を有する絶対圧タイプの半導
体圧力センサが知られている（例えば、特開昭６２−２
１２５３９号公報）。この絶対圧測定用半導体圧力セン
サを製造するにあたり、同センサをウェハ状態で所定の
圧力を加え出力調整（トリミング）することが行われて
いる。この際、図１１に示すように、台座４１にシリコ
ンウェハ４２を接合してダイヤフラム凹部４３を圧力基
準室とする。この状態のシリコンウェハ４２をチャンバ
４４内に配置し、真空ポンプ４５によりチャンバ４４内
を所定の負圧にしてプローバ４６を用いてレーザ装置４
７による抵抗体のレーザトリミングを行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レーザ装置
４７やプローバ４６等をチャンバ４４内に配置しなけれ
ばならず、出力調整が煩雑なものとなっていた。

【０００４】そこで、この発明の目的は、容易に出力調
整可能な圧力センサ及びその製造方法を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、調整用抵
抗体を有する信号処理回路と薄肉のダイヤフラムとピエ
ゾ抵抗層とが形成された圧力センサチップと、前記圧力
センサチップに接合され、同センサチップとの間に形成
された圧力基準室と連通する台座用圧力調整通路を有す
る台座と、前記台座に接合され、前記台座用圧力調整通
路を通しての圧力印加による調整用抵抗体のトリミング
を行った後に台座用圧力調整通路の一端を封止するため
の封止部材とを備えた圧力センサをその要旨とする。

【０００６】第２の発明は、シリコンウェハにチップ毎
の調整用抵抗体を有する信号処理回路とチップ毎の薄肉
のダイヤフラムとチップ毎のピエゾ抵抗層とを形成する
第１工程と、チップ毎の台座用圧力調整通路を有する台
座上に前記シリコンウェハを接合して、台座とシリコン
ウェハとの間に形成された圧力基準室と、台座用圧力調
整通路とを連通状態にする第２工程と、前記台座の台座
用圧力調整通路を通して前記ダイヤフラムに圧力を印加
しつつシリコンウェハのチップ毎の調整用抵抗体をトリ
ミングする第３工程と、前記台座に封止部材を接合して
台座用圧力調整通路の一端を封止する第４工程と、前記
シリコンウェハ及び台座をチップ毎に裁断する第５工程
とを備えた圧力センサの製造方法をその要旨とする。

【０００７】第３の発明は、シリコンウェハにチップ毎
の調整用抵抗体を有する信号処理回路とチップ毎の薄肉
のダイヤフラムとチップ毎のピエゾ抵抗層とを形成する
第１工程と、チップ毎の台座用圧力調整通路を有する台
座上に前記シリコンウェハを接合して、台座とシリコン
ウェハとの間に形成された圧力基準室と、台座用圧力調
整通路とを連通状態にする第２工程と、前記台座の台座
用圧力調整通路を通して前記ダイヤフラムに圧力を印加
しつつシリコンウェハのチップ毎の調整用抵抗体をトリ
ミングする第３工程と、前記シリコンウェハ及び台座を
チップ毎に裁断する第４工程と、前記台座に封止部材を
接合して台座用圧力調整通路の一端を封止する第５工程
とを備えた圧力センサの製造方法をその要旨とする。

【０００８】

【作用】第１の発明は、圧力センサチップと台座とが接
合されており、台座と圧力センサチップとの間に形成さ
れた圧力基準室が台座用圧力調整通路と連通している。
この状態で、台座に封止部材が接合されている。ここ
で、台座用圧力調整通路を通しての圧力印加による調整
用抵抗体のトリミングを行った後に台座用圧力調整通路
の一端が封止される。つまり、図１１に示す場合におい
ては、出力調整の際に圧力基準室に圧力を加えることが
できないため、必然的に信号処理回路の形成されている
面に圧力を加えなければならず、レーザ装置やプローブ
等をチャンバ内に配置しなければならなかったが、本発
明では、圧力基準室に圧力を加えることができるため出
力調整が容易となる。

【０００９】第２の発明は、第１工程によりシリコンウ
ェハにチップ毎の調整用抵抗体を有する信号処理回路と
チップ毎の薄肉のダイヤフラムとチップ毎のピエゾ抵抗
層とが形成され、第２工程によりチップ毎の台座用圧力
調整通路を有する台座上にシリコンウェハが接合され
て、台座とシリコンウェハとの間に形成された圧力基準
室と、台座用圧力調整通路とが連通状態となる。そし
て、第３工程により台座の台座用圧力調整通路を通して
ダイヤフラムに圧力を印加しつつシリコンウェハのチッ
プ毎の調整用抵抗体がトリミングされ、第４工程により
台座に封止部材が接合されて台座用圧力調整通路の一端
が封止される。さらに、第５工程によりシリコンウェハ
及び台座がチップ毎に裁断される。その結果、第１の発
明の圧力センサが製造される。

【００１０】第３の発明は、第１工程によりシリコンウ
ェハにチップ毎の調整用抵抗体を有する信号処理回路と
チップ毎の薄肉のダイヤフラムとチップ毎のピエゾ抵抗
層とが形成され、第２工程によりチップ毎の台座用圧力
調整通路を有する台座上にシリコンウェハが接合されて
台座とシリコンウェハとの間に形成された圧力基準室
と、台座用圧力調整通路とが連通状態となる。そして、
第３工程により台座の台座用圧力調整通路を通してダイ
ヤフラムに圧力を印加しつつシリコンウェハのチップ毎
の調整用抵抗体がトリミングされ、第４工程によりシリ
コンウェハ及び台座がチップ毎に裁断される。さらに、
第５工程により台座に封止部材が接合されて台座用圧力
調整通路の一端が封止される。その結果、第１の発明の
圧力センサが製造される。

【００１１】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を具体化した一実施例を
図面に従って説明する。

【００１２】図２，３にはパッケージされた集積化圧力
センサ６を示す。樹脂製の閉鎖ケース１はケース本体２
と蓋体３とからなり、蓋体３はケース本体２の上面部を
覆って外周縁がレジンボンドで密着固定されている。ケ
ース本体２は全体が厚肉となっており、その内壁面は中
心部が深い矩形の凹部４となっている。この凹部４には
底面に近い四辺の側壁に内方に突出するガイド用凸部５
が形成されている。これらガイド用凸部５に外周を接近
して凹部４の底面に集積化圧力センサ６がレジンボンド
で接合固定されている。

【００１３】集積化圧力センサ６は、図１に示すよう
に、圧力センサチップ（シリコンチップ）７には、チッ
プ毎の薄肉のダイヤフラム８が形成されるとともに、チ
ップ毎のピエゾ抵抗層（ゲージ抵抗）９と、チップ毎の
調整用抵抗体（薄膜抵抗）１０を有する信号処理回路１
１とが形成されている。つまり、中央部が薄く加工され
てダイヤフラム８を構成するとともに、ダイヤフラム８
にピエゾ抵抗層９が不純物拡散にて形成され、さらに、
ダイヤフラム８以外の肉厚部に調整用抵抗体１０を有す
る信号処理回路１１が集積化して形成されている。そし
て、信号処理回路１１はピエゾ抵抗層９より生ずる信号
に対し増幅等の処理を行う。

【００１４】又、圧力センサチップ７はガラス台座１２
上に陽極接合されている。そして、圧力センサチップ７
とガラス台座１２とが接合されることによりダイヤフラ
ム８の凹部の開口部が閉じられて圧力基準室３７が形成
されている。さらに、ガラス台座１２には、圧力センサ
チップ７のダイヤフラム８に対応する台座用圧力調整通
路１３が形成され、通路１３の一端は圧力基準室３７に
開口し、他端は下面に開口している。

【００１５】さらに、ガラス台座１２の下面には封止部
材としてのシリコンチップ１４が接合され、このシリコ
ンチップ１４によりガラス台座１２の台座用圧力調整通
路１３の下端が封止されている。

【００１６】図２，３において、ケース本体凹部４の内
壁面の外周部は圧力センサチップ７の上面とほぼ同一の
高さとなっており、内壁面の外周部上の三箇所に端子板
１５が埋設されている。これら端子板１５と圧力センサ
チップ７の間がボンディングワイヤ１６で接続されてい
る。又、ケース本体２における端子板１５に近い部位に
は圧力導入孔１７がケース本体２を上下方向に貫通する
ように設けられ、この圧力導入孔１７により大気圧が閉
鎖ケース１内に導入されている。この圧力導入孔１７は
厚肉のケース本体２の外周部に形成されているので、充
分な長さが確保され、この圧力導入孔１７を通して閉鎖
ケース１内に汚染物質や水等が侵入することが未然に防
止されるようになっている。又、たとえ侵入しても汚染
物質等は圧力導入孔１７の開口部に対向する蓋体３の内
壁面に付着し、圧力センサチップ７に到達することがな
い。さらに、外光も長い圧力導入孔１７で閉鎖ケース１
内への直接入射が防止されるとともに、たとえケース１
内に入射しても蓋体３の内壁面でいったん反射して弱め
られているのでセンサチップ７に到達してもセンサ機能
を損なうことはない。

【００１７】圧力センサチップ７の表面はシリコンゲル
１８で覆われている。又、各端子板１５の端部はそれぞ
れケース本体２の外側に延設されており、外部端子（入
出力端子）１９となっている。

【００１８】次に、このように構成した集積化圧力セン
サ６の製造方法を説明する。まず、図４に示すように、
シリコンウェハ２０を用意する。このシリコンウェハ２
０には、図１に示すチップ毎の調整用抵抗体１０を有す
る信号処理回路１１とチップ毎の薄肉のダイヤフラム８
とチップ毎のピエゾ抵抗層９とが形成されている。そし
て、図５に示すように、チップ毎の台座用圧力調整通路
１３を有するガラス台座２１を用意し、ガラス台座２１
上にシリコンウェハ２０を陽極接合する。この接合によ
り、各圧力センサでのダイヤフラム８の凹部の開口部が
塞がれ圧力基準室３７が形成されるとともに、この圧力
基準室３７と台座用圧力調整通路１３とが連通する。

【００１９】引き続き、図６に示す出力調整装置を用意
する。つまり、圧力設定ステージ２３にはステージ用圧
力調整通路２４ａ，２４ｂ，２４ｃが形成され、ステー
ジ用圧力調整通路２４ｃの一端は下面に開口し他端は通
路２４ａと連通し、ステージ用圧力調整通路２４ａは多
数の通路２４ｂが分岐している。ステージ用圧力調整通
路２４ｂの他端は圧力設定ステージ２３の上面に開口し
ており、各開口部は台座用圧力調整通路１３の一端開口
部と対向するようになっている。ステージ用圧力調整通
路２４ｃは真空ポンプ２５と接続されるともに圧力計２
６と接続されている。そして、圧力設定ステージ２３上
に、シリコンウェハ２０が接合されたガラス台座２１が
載置されている。

【００２０】又、圧力設定ステージ２３の上面において
押さえ部材２７がビス２８にて圧力設定ステージ２３に
固定できるようになっている。押さえ部材２７はガラス
台座２１及びシリコンウェハ２０の外周部とシリコンウ
ェハ２０の上面外周部を囲う形状となっている。

【００２１】この押さえ部材２７におけるシリコンウェ
ハ２０の上面と対向する部位には環状凹部２９が形成さ
れ、その凹部２９内にＯリング３０が配置され押さえ部
材２７とシリコンウェハ２０とで圧縮された状態となっ
ている。又、押さえ部材２７における圧力設定ステージ
２３と対向する部位には環状凹部３１が形成され、その
凹部３１内にＯリング３２が配置され圧力設定ステージ
２３と押さえ部材２７とで圧縮された状態となってい
る。

【００２２】そして、チップ毎に圧力感度調整を行う際
には、圧力設定ステージ２３から押さえ部材２７を取り
外した状態で、圧力設定ステージ２３上に、シリコンウ
ェハ２０を接合したガラス台座２１を載置する。そし
て、シリコンウェハ２０の上側から押さえ部材２７を配
置し、ビス２８により圧力設定ステージ２３に固定す
る。このとき、Ｏリング３０により押さえ部材２７とシ
リコンウェハ２０の上面との気密が保持されるととも
に、Ｏリング３２により押さえ部材２７と圧力設定ステ
ージ２３の上面との気密が保持される。

【００２３】そして、プローバ（針）３３をプロービン
グ用パッド３４（図１に示す）に当てながらレーザ装置
３５からのレーザビームを調整用抵抗体１０に照射して
抵抗値を調整する。この調整は、真空ポンプ２５及び圧
力計２６を用いてダイヤフラム８に対し大気圧（７６０
mmＨｇ）と負圧（２mmＨｇ）とを印加して行う。

【００２４】このように圧力感度調整を終えた後、図７
に示すように、規定圧力下においてガラス台座２１の裏
面側に封止部材としてのシリコンウェハ３９を陽極接合
して台座用圧力調整通路１３の一端を封止する。その結
果、圧力基準室３７は基準圧力状態で密閉される。

【００２５】その後、図８に示すように、シリコンウェ
ハ２０、ガラス台座２１及びシリコンウェハ３９を、チ
ップ毎にダイシングして裁断する。その結果、図１の集
積化圧力センサ６が製造される。

【００２６】このように本実施例では、シリコンウェハ
２０にチップ毎の調整用抵抗体１０を有する信号処理回
路１１とチップ毎の薄肉のダイヤフラム８とチップ毎の
ピエゾ抵抗層９とを形成し（第１工程）、チップ毎の台
座用圧力調整通路１３を有するガラス台座２１上にシリ
コンウェハ２０を接合して、ガラス台座２１とシリコン
ウェハ２０との間に形成された圧力基準室３７と、台座
用圧力調整通路１３とを連通状態にし（第２工程）、ガ
ラス台座２１の台座用圧力調整通路１３を通してダイヤ
フラム８に圧力を印加しつつシリコンウェハ２０のチッ
プ毎の調整用抵抗体１０をトリミングし（第３工程）、
ガラス台座２１に封止部材としてのシリコンウェハ３９
を接合して台座用圧力調整通路１３の一端を封止し（第
４工程）、シリコンウェハ２０、ガラス台座２１及びシ
リコンウェハ３９をチップ毎に裁断した（第５工程）。

【００２７】その結果、図１に示すように、調整用抵抗
体１０を有する信号処理回路１１と薄肉のダイヤフラム
８とピエゾ抵抗層９とが形成された圧力センサチップ７
と、圧力センサチップ７に接合され、同センサチップ７
との間に形成された圧力基準室３７と連通する台座用圧
力調整通路１３を有するガラス台座１２と、ガラス台座
１２に接合され、台座用圧力調整通路１３を通しての圧
力印加による調整用抵抗体１０のトリミングを行った後
に台座用圧力調整通路１３の一端を封止するためのシリ
コンチップ１４とを備えた集積化圧力センサとなる。

【００２８】この集積化圧力センサにおいては、圧力セ
ンサチップ７とガラス台座１２とが接合されており、圧
力センサチップ７とガラス台座１２の間に形成された圧
力基準室３７が台座用圧力調整通路１３と連通してい
る。この状態で、ガラス台座１２にシリコンチップ１４
が接合されている。ここで、台座用圧力調整通路１３を
通しての圧力印加による調整用抵抗体１０のトリミング
を行った後に台座用圧力調整通路１３の一端が封止され
る。よって、図１１に示す場合においては、圧力感度調
整の際に圧力基準室に圧力を加えることができないた
め、必然的に信号処理回路の形成されている面に圧力を
加えなければならず、レーザ装置やプローブ等をチャン
バ内に配置しなければならなかったが、本実施例では、
圧力基準室３７に圧力を加えることができるため圧力感
度調整が容易となる。 （第２実施例）次に、第２実施例を第１実施例と異なる
点について説明する。

【００２９】前記第１実施例では封止部材としてシリコ
ンチップ１４を用いたが、本実施例では図１０に示すよ
うに片面に金属薄膜を形成したベース材３６を用いてい
る。以下に、製造方法を説明する。

【００３０】図５に示すシリコンウェハ２０を接合した
ガラス台座２１に対し、ガラス台座２１の下面に金属蒸
着膜を形成する。そして、図６に示したように圧力感度
調整を行う。引き続き、図９に示すように、シリコンウ
ェハ２０及びガラス台座２１をチップ毎にダイシングし
て裁断する。さらに、図１０に示すように、片面に金属
薄膜を形成したベース材３６を用意する。この金属薄膜
は、蒸着あるいはスパッタリングにより形成したもので
ある。このベース材３６を用いて、規定圧力下でベース
材３６の金属薄膜上にガラス台座１２をハンダ付けして
台座用圧力調整通路１３の下端を封止する。

【００３１】尚、ベース材３６は金属板でも、ハンダ付
け部に導体ペーストを焼結した厚膜回路基板等でもよ
く、要はハンダ付けにてガラス台座と接合できるもので
あればよい。

【００３２】このように本実施例では、シリコンウェハ
２０にチップ毎の調整用抵抗体１０を有する信号処理回
路１１とチップ毎の薄肉のダイヤフラム８とチップ毎の
ピエゾ抵抗層９とを形成し（第１工程）、チップ毎の台
座用圧力調整通路１３を有するガラス台座２１上にシリ
コンウェハ２０を接合して、ガラス台座２１とシリコン
ウェハ２０との間に形成された圧力基準室３７と、台座
用圧力調整通路１３とを連通状態にし（第２工程）、ガ
ラス台座２１の台座用圧力調整通路１３を通してダイヤ
フラム８に圧力を印加しつつシリコンウェハ２０のチッ
プ毎の調整用抵抗体１０をトリミングし（第３工程）、
シリコンウェハ２０及びガラス台座２１をチップ毎に裁
断し（第４工程）、ガラス台座１２に封止部材としての
ベース材３６を接合して台座用圧力調整通路１３の一端
を封止した（第５工程）。その結果、第１実施例と同様
な集積化圧力センサが製造される。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
容易に出力調整を行うことができる圧力センサ及びその
製造方法を提供できる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の集積化圧力センサの斜視図である。

【図２】パッケージされた集積化圧力センサの平面図で
ある。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】集積化圧力センサの製造工程を示す図である。

【図５】集積化圧力センサの製造工程を示す図である。

【図６】集積化圧力センサの製造工程を示す図である。

【図７】集積化圧力センサの製造工程を示す図である。

【図８】第１実施例の集積化圧力センサの製造工程を示
す図である。

【図９】第２実施例の集積化圧力センサの製造工程を示
す図である。

【図１０】第２実施例の集積化圧力センサの製造工程を
示す図である。

【図１１】従来の集積化圧力センサの製造工程を説明す
るための図である。

【符号の説明】

７ 圧力センサチップ ８ ダイヤフラム ９ ピエゾ抵抗層 １０ 調整用抵抗体 １１ 信号処理回路 １２ ガラス台座 １３ 台座用圧力調整通路 １４ 封止部材としてのシリコンチップ ２０ シリコンウェハ ２１ ガラス台座 ３６ 封止部材としてのベース材 ３７ 圧力基準室 ３９ 封止部材としてのシリコンウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−221826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−276379（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−22838（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−212539（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−206483（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/04 H01L 29/84

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 調整用抵抗体を有する信号処理回路と薄
   肉のダイヤフラムとピエゾ抵抗層とが形成された圧力セ
   ンサチップと、 前記圧力センサチップに接合され、同センサチップとの
   間に形成された圧力基準室と連通する台座用圧力調整通
   路を有する台座と、 前記台座に接合され、前記台座用圧力調整通路を通して
   の圧力印加による調整用抵抗体のトリミングを行った後
   に台座用圧力調整通路の一端を封止するための封止部材
   とを備えたことを特徴とする圧力センサ
2. 【請求項２】 シリコンウェハにチップ毎の調整用抵抗
   体を有する信号処理回路とチップ毎の薄肉のダイヤフラ
   ムとチップ毎のピエゾ抵抗層とを形成する第１工程と、 チップ毎の台座用圧力調整通路を有する台座上に前記シ
   リコンウェハを接合して、台座とシリコンウェハとの間
   に形成された圧力基準室と、台座用圧力調整通路とを連
   通状態にする第２工程と、 前記台座の台座用圧力調整通路を通して前記ダイヤフラ
   ムに圧力を印加しつつシリコンウェハのチップ毎の調整
   用抵抗体をトリミングする第３工程と、 前記台座に封止部材を接合して台座用圧力調整通路の一
   端を封止する第４工程と、 前記シリコンウェハ及び台座をチップ毎に裁断する第５
   工程とを備えたことを特徴とする圧力センサの製造方
   法。
3. 【請求項３】 シリコンウェハにチップ毎の調整用抵抗
   体を有する信号処理回路とチップ毎の薄肉のダイヤフラ
   ムとチップ毎のピエゾ抵抗層とを形成する第１工程と、 チップ毎の台座用圧力調整通路を有する台座上に前記シ
   リコンウェハを接合して、台座とシリコンウェハとの間
   に形成された圧力基準室と、台座用圧力調整通路とを連
   通状態にする第２工程と、 前記台座の台座用圧力調整通路を通して前記ダイヤフラ
   ムに圧力を印加しつつシリコンウェハのチップ毎の調整
   用抵抗体をトリミングする第３工程と、 前記シリコンウェハ及び台座をチップ毎に裁断する第４
   工程と、 前記台座に封止部材を接合して台座用圧力調整通路の一
   端を封止する第５工程とを備えたことを特徴とする圧力
   センサの製造方法。