JP3329089B2

JP3329089B2 - 半導体センサ及びその製造方法

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Publication number: JP3329089B2
Application number: JP23180894A
Authority: JP
Inventors: 博昭中西
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH0897438A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体センサ及びその製
造方法に関し、より詳細には、マイクロマシーニング分
野における金属配線形成部分の気密封止構造を実現した
半導体センサ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、圧力センサ等、種々の半導体センサにおいて、例え
ば、シリコン基板とガラス板とにより接合封止した内部
から、気密封止の状態を保持したまま電気配線を取り出
すことが必要な場合がある。このような場合には、図５
〜図７に示したような方法が採られていることが培風館
「マイクロマシニングとマイクロメカトロニクス」に記
載されている。つまり、シリコン基板１１とガラス板１
２とにより気密封止した部分１３を形成し、その内部の
配線である拡散層１４に、金属配線１５を接続し、電気
エネルギーを外部に取り出す方法である。

【０００３】しかし、上記のような配線構造ではシリコ
ン基板１１の表面層に、配線となる拡散層１４を形成す
る際、シリコン基板１１表面に僅かな段差（図６中Ｚ）
が生じることとなり、この配線上に金属配線１５を接続
し、その上にガラス板１２をのせる場合に、隙間が生じ
ることとなるという問題があった。これに対して、図８
及び図９に示すような方法が、さらに培風館「マイクロ
マシニングとマイクロメカトロニクス」に記載されてい
る。つまり、シリコン基板２１上にガラス板２２を陽極
接合して、気密封止を行ったのち、シリコン基板２１に
形成された拡散層２３上であって、ガラス板２２にシリ
コン基板２１まで貫通する孔を開け、この孔の側面及び
底面全面に金属膜２４を形成して、拡散層２３と金属膜
２４とを接続する。そして、さらにこの孔に半田又は導
電性エポキシ樹脂等の導電材料２５を埋設し、リード線
２６を差し込むことにより、電気配線を取り出す。

【０００４】このような方法にすることにより、拡散層
２４の縁の部分からの外部との接触がなくなり、シリコ
ン基板２１とガラス板２２とによる気密封止のもれの問
題を解決することができる。しかし、上記の方法では、
電気配線を取り出す側のガラス板２２に貫通孔を形成す
る工程が必要となり、製造工程が煩雑になるという課題
があった。

【０００５】また、貫通孔は、通常、用いるガラス板の
厚みに相当する高さ、例えば１００〜５００μｍの高さ
を有するので、この貫通孔の内面全面に隙間なく金属膜
２４を連続的に形成する必要がある。しかし、貫通孔の
底部のコーナー部分に段切れを生じることがあり、この
ような段切れを防止するための、難度の高いプロセスが
必要となるという課題があった。

【０００６】さらに、電気配線は、ガラス板２２の上方
にしか取り出せず、電気配線を取り出す方向が１方向に
限られるため、センサの構造に制約を課すという問題も
あった。本発明は上記問題を解決しようとするもので、
電気配線を取り出す方向が限定されないとともに、完全
な気密封止が実現された半導体センサ及びその製造方法
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
ともいずれかの基板が半導体からなり、かつ少なくとも
いずれかの基板の主表面に凹部が形成された一対の基板
と、該一対の基板が接合されて形成される気密部と、前
記一対の基板に挟持され、前記気密部から取り出される
金属配線と、該金属配線と前記一対の基板との間に形成
される隙間部を埋設する金属膜とからなる半導体センサ
が提供される。

【０００８】また、本発明によれば、(i) 少なくともい
ずれかの基板が半導体からなり、かつ少なくともいずれ
かの基板の主表面に凹部が形成された一対の基板のいず
れかの基板上に金属配線を形成し、 (ii)該金属配線が形成された基板面に他方の基板を接合
し、 (iii) 前記一対の基板と金属配線との間に形成される隙
間部に、集束イオンビームにより金属膜を部分的に成膜
して、前記基板に形成された凹部を気密封止する半導体
センサの製造方法が提供される。

【０００９】本発明における半導体センサとしては、圧
力センサ、フローセンサ等のように気密部を有するとと
もに、気密部から外部に引き出された配線層を有するも
のであり、気密された空間内でセンシングを行うことが
できるものであれば、特に限定されるものではない。ま
た、本発明において用いる基板としては、２枚の基板の
うち、少なくとも一方が半導体基板であることが好まし
く、一方が半導体基板であれば、他方の基板は特に限定
されるものではなく、ガラス基板、プラスチック基板等
を使用することができる。また、２枚の基板のうち、両
方が半導体基板であってもよい。さらに、２枚の基板の
うち、いずれか一方の基板の表面に凹部が形成されてい
る必要があり、このような場合には、一方の基板表面
に、他方の基板を接合することにより、気密部が構成さ
れることとなる。しかし、さらに別の基板を用いて気密
部を構成してもよい。

【００１０】本発明においては、上記の基板のいずれか
の上に金属配線が形成される。この金属配線は気密部か
ら外部に取り出される金属配線であって、気密部の内部
では、例えば半導体基板に形成された不純物拡散層等に
接続されている。この金属配線は、公知の方法、例えば
蒸着法及びスパッタリング法等により堆積することがで
き、フォトリソグラフィ工程及びエッチング法等により
所望の形状にパターニングすることができる。金属配線
の材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎ
ｂ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｇａ等を用いるこ
とができる。その際の膜厚は、形成される半導体センサ
の大きさ等により適宜調整することができるが、圧力セ
ンサとして用いる場合には、例えば１０００〜２０００
Å程度が好ましい。

【００１１】さらに、上記金属配線は、少なくとも２枚
の基板が接合されて形成された気密部から外部に取り出
されるものであり、２枚の基板に挟持されている。その
際に、２枚の基板と金属配線との間、特に金属配線の側
面近傍に金属配線の膜厚分の隙間部が生じることとなる
が、本発明においては、この隙間部は、金属膜により埋
設されている。この金属膜の材料は、上記金属配線と同
様に、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、
Ｇｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｇａ等を用いることができ
る。この金属膜は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）成膜法
により形成することが好ましい。ＦＩＢとしては、金属
膜となるガスを供給する一般的なＦＩＢアシストデポジ
ションであってもよいし、液体金属イオン源を用いたＦ
ＩＢ直接蒸着（特開平５−２９９７１６号公報）であっ
てもよい。ＦＩＢの条件等は、用いる基板、金属配線の
厚さ等により適宜調整することができるが、基板と金属
配線との間の隙間部を完全に被覆する大きさ及び厚さで
あればよいので、例えば、ビームサイズは、直径１０μ
ｍ程度、成膜レートは約２００Å／ｓｅｃ程度、成膜時
間は１０秒間程度が好ましい。

【００１２】

【作用】本発明の半導体センサによれば、金属配線の凹
凸に起因する基板と金属配線との間に生じる隙間部が完
全に被覆された半導体センサが得られる。また、本発明
の半導体センサの製造方法によれば、ＦＩＢにより、問
題となる基板と金属配線との間の隙間部のみが、効率よ
く被覆されることとなる。

【００１３】

【実施例】本発明の半導体センサの実施例を図面に基づ
いて説明する。図１〜図４は、圧力センサ１の要部を示
す図である。この圧力センサ１は、一方が基準圧室２
（例えば真空）に面し、もう一方に測定圧がかかるダイ
ヤフラム３の変形量を、周囲に形成された抵抗層の抵抗
値変化として取り出す方式のものである。このような圧
力センサ１は、予め抵抗層となる抵抗領域４ａ、この抵
抗領域４ａに連続して形成されたコントクト領域４ｂに
接続された金属配線５及びダイヤフラム３が形成された
シリコン基板６と、基準圧室２となる凹部が形成された
ガラス板７（例えば、ＨＯＹＡ（株）社製ＳＤ−２）と
が陽極接合されて構成されている。また、図３及び図３
中のＸを拡大した図４に示すように、金属配線５を挟持
するシリコン基板６とガラス板７との間であって金属配
線５側部近傍に、金属膜８が形成されている。

【００１４】このように構成された圧力センサの製造方
法を以下に示す。まず、ｎ型シリコン基板６に、ボロン
を熱拡散し、コンタクト領域４ｂを形成する。続いて、
ボロン等のイオンをエネルギー５０ＫｅＶにて１×１０
¹³ｉｏｎｓ／ｃｍ²注入し、活性化アニールを施すこと
により抵抗層となる抵抗領域４ａを形成する。次いで、
感圧部となるダイヤフラムを異方性エッチングによって
数μｍ〜数１０μｍ程度の薄さに加工する。

【００１５】その後、シリコン基板６上であって、コン
タクト領域４ｂと接続する位置に金属配線５として、例
えばＡｌ膜を、真空蒸着により膜厚２０００Å程度で形
成し、所望の形状に加工する。続いて、金属配線５、抵
抗領域４ａ、コンタクト領域４ｂ及びダイヤフラム３が
形成されたシリコン基板６とガラス板７とを陽極接合す
る。この際、シリコン基板６の金属配線５の凹凸を反映
して、ガラス板７はたわみながら接合されることとな
り、図１及び図３に示したように、金属配線５の側部Ｘ
に隙間が生じる。

【００１６】次いで、図４に示したように、この隙間に
対して、ＦＩＢにより金属膜８を蒸着する。この際のＦ
ＩＢでの成膜レートは、例えば、直径１０μｍのビーム
サイズで約２００Å／秒である。金属配線の厚みは、通
常数１０００Å、上記の場合は２０００Åであるので、
Ｘ部の隙間は、□２０００Å程度である。つまり、ＦＩ
Ｂのビームサイズよりも、隙間の面積ははるかに小さ
く、この隙間を埋めるための金属膜８の膜厚は約２００
０Åで十分であるので、隙間１個を被膜するのに必要な
成膜時間は約１０秒間である。なお。この隙間への金属
膜の堆積は、左右の隙間を埋設するために、連続的に行
ってもよい。

【００１７】上記実施例のように、シリコン基板とガラ
ス板とで気密封止された圧力センサにおいて、シリコン
基板とガラス板との間から金属配線が取り出され、金属
配線側部近傍に金属膜が形成されているので、シリコン
基板とガラス板との間であって、金属配線側部近傍に生
じる隙間を、金属膜で完全にふさぐことができ、完全に
気密封止された圧力センサが得られる。また、拡散層の
形成位置、金属配線の形成位置等を適宜選択することに
より、例えば、ガラス側に金属配線を形成し、ガラスが
シリコン基板よりも大きければ、金属配線の取り出しは
一方向に制限されず、任意の方向に取り出すことができ
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明の半導体センサによれば、金属配
線の凹凸に起因する基板と金属配線との間に生じる隙間
部を完全に被覆することができ、半導体センサ等の気密
配線が可能となる。また、このような気密配線方式を採
用することにより、金属配線の取り出し方向が限定され
ず、半導体センサの設計の際に、金属配線の位置による
拘束がなくなり、任意の形状の半導体センサを得ること
ができる。

【００１９】また、本発明の半導体センサの製造方法に
よれば、ＦＩＢを利用するので、問題となる基板と金属
配線との間の隙間部のみを、集中して効率よく成膜する
ことができ、完全な気密構造を有する半導体センサを製
造することができる。また、基板どうしの接合後のよう
に、段差のある構造に対しても成膜が可能であるので、
気密構造を有する半導体センサを効率よく製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体センサの実施例である圧力セン
サの金属配線部分を示した概略斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ′線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ′線断面図である。

【図４】図３におけるＸ部の概略拡大図である。

【図５】従来の圧力センサの金属配線部分を示した概略
平面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ′線断面図である。

【図７】図５のＢ−Ｂ′線断面図である。

【図８】従来の別の圧力センサの金属配線部分を示した
概略平面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ′線断面図である。

【符号の説明】１圧力センサ（半導体センサ）２基準圧室（気密部）３ダイヤフラム４ａ抵抗領域４ｂコンタクト領域５金属配線６シリコン基板（基板）７ガラス板（基板）８金属膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともいずれかの基板が半導体から
なり、かつ少なくともいずれかの基板の主表面に凹部が
形成された一対の基板と、該一対の基板が接合されて形成される気密部と、前記一対の基板に挟持され、前記気密部から取り出され
る金属配線と、該金属配線と前記一対の基板との間に形成される隙間部
を埋設する金属膜とからなることを特徴とする半導体セ
ンサ。
【請求項２】 (i) 少なくともいずれかの基板が半導体
からなり、かつ少なくともいずれかの基板の主表面に凹
部が形成された一対の基板のいずれかの基板上に金属配
線を形成し、 (ii)該金属配線が形成された基板面に他方の基板を接合
し、 (iii) 前記一対の基板と金属配線との間に形成される隙
間部に、集束イオンビームにより金属膜を部分的に成膜
して、前記基板に形成された凹部を気密封止することを
特徴とする半導体センサの製造方法。