JP3690056B2

JP3690056B2 - 半導体圧力センサのセンサチップの製造方法

Info

Publication number: JP3690056B2
Application number: JP10755497A
Authority: JP
Inventors: 峰一酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: JPH10300605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤフラム部及び厚肉部を一体に有するセンサチップをケース内に備えてなる半導体圧力センサのセンサチップを製造するための半導体圧力センサのセンサチップの製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、半導体圧力センサにおいては、ダイヤフラム部の周囲に厚肉部を一体に有するセンサチップを、支持台座に接着により取付け、この支持台座をケースに接着する構成が一般的であった。これに対し、近年では、図７に示すように、センサチップ１をケース２に直接的に取付けることにより、従来必要であった支持台座を省略して部品数の削減を図ることが考えられている。
【０００３】
この場合、ケース２のチップ装着部２ａの中央部には、圧力導入口３が設けられており、そのチップ装着部２ａの上面の取付位置に予め接着剤４が塗布されるようになっている。そして、センサチップ１は、ダイヤフラム部５の下面と厚肉部６の傾斜状の内壁面と囲まれる空胴部１ａが前記圧力導入口３に位置合わせされた状態で、厚肉部６が前記チップ装着部２ａ上に載置されて前記接着剤４により取付けられるようになっている。
【０００４】
しかしながら、このような構成では、厚肉部６の下端の平坦面が押付けられることに伴い、はみ出した接着剤４が厚肉部６の内壁面を伝って這い上がるようになることがあり、ひどい場合には、図示のように、接着剤４がダイヤフラム部５の下面にまで付着してしまうことがある。このように、ダイヤフラム部５の下面にまで接着剤４が付着するようなことがあると、圧力検知の感度が低下したり、接着剤４の熱膨脹等の影響により、センサの温度特性が悪化したりする不具合を招く。
【０００５】
そこで、このような接着剤４の這い上がりを防止する対策として、特開平８−２０１１９８号公報では、ケース２のチップ装着部２ａのうち、厚肉部６の内側（空胴部１ａ）に対応する部位に、圧力導入口３に向けて下降する傾斜面、あるいは段差を設けることが提案されている。
【０００６】
ところが、この構成を実現するためには、ケース２に対して微細な機械加工（切削）を行う必要が生ずるが、センサチップ１のサイズが１〜２mmと小形化すると、そのような機械加工は極めて困難となり、ケース２の製造コストが著しく増大することになる。また、厚肉部６が傾斜面にかからないように、センサチップ１の位置合せをより高精度に行わなければならなくなる不具合も生ずる。なぜならば、厚肉部６が傾斜面上に存在すると、厚肉部６とケース２との接触面積が小さくなり、空胴部１ａの気密性が低下してしまうからである。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサチップをケースに直接的に取付けるものにあって、センサチップに対する接着剤の這い上がりによる悪影響を未然に防止することができ、しかもそのための工程を簡単に済ませることができる半導体圧力センサのセンサチップの製造方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の半導体圧力センサのセンサチップの製造方法は、薄肉なダイヤフラム部の周囲に厚肉部を一体に有するセンサチップを、前記厚肉部の下面部にてケースに接着により取付ける構成の半導体圧力センサにおける、その厚肉部の内壁面部に、該厚肉部の内壁面を伝って這い上ってくる接着剤を留めてダイヤフラム部下面に至ることを阻止するための凹部を設けたセンサチップを製造するための方法にあって、厚肉部の表面側に圧力検知回路を形成する回路形成工程と、厚肉部の裏面側の上記凹部に対応した位置にエッチングにより切込み溝を形成する切込み溝形成工程と、厚肉部の裏面側の上記空胴部に対応した部位を前記切込み溝の先端を残してエッチングにより除去してダイヤフラム部及び凹部を形成するエッチング工程とを含むところに特徴を有するものである。
【０００９】
これによれば、センサチップをケースに取付けるための接着剤が、厚肉部の内壁面を伝って這い上がることがあっても、その内壁面部に設けられた凹部によって、その接着剤がダイヤフラム部下面に至ることが阻止される。このとき、ＩＣ製造技術を応用したセンサチップの製造過程において、接着剤阻止部となる凹部を、エッチングにより形成することができ、ケースに対して機械加工を行う場合と比較して微細な加工が可能となると共に、空胴部の形成工程に僅かな工程を付加するだけで容易に形成することができるようになる。
【００１０】
従って、本発明の請求項１の半導体圧力センサのセンサチップの製造方法によれば、センサチップに対する接着剤の這い上がりによる悪影響を未然に防止することができ、しかもそのための工程を簡単に済ませることができるという優れた実用的効果を奏するものである。また、センサチップをケースに直接的に取付けるので、支持台座を不要として部品数の削減を図ることができることは勿論である。
【００１３】
また、本発明の請求項２の半導体圧力センサのセンサチップの製造方法は、薄肉なダイヤフラム部の周囲に厚肉部を一体に有するセンサチップを、前記厚肉部の下面部にてケースに接着により取付ける構成の半導体圧力センサにおける、その厚肉部の内壁面部に、該厚肉部の内壁面を伝って這い上ってくる接着剤をせき止めてダイヤフラム部下面に至ることを阻止するための凸部を設けたセンサチップを製造するための方法にあって、厚肉部の表面側に圧力検知回路を形成する回路形成工程と、厚肉部の裏面側の上記空胴部に対応した部位を上記凸部の高さ相当分の厚みを残してエッチングにより除去する第１のエッチング工程と、厚肉部の裏面側の空胴部に対応した部位の残り厚み分を、凸部を除いてエッチングにより除去してダイヤフラム部及び凸部を形成する第２のエッチング工程とを含むところに特徴を有する。
【００１４】
これによれば、センサチップをケースに取付けるための接着剤が、厚肉部の内壁面を伝って這い上がることがあっても、その内壁面部に設けられた凸部によって、その接着剤がダイヤフラム部下面に至ることが阻止される。このとき、ＩＣ製造技術を応用したセンサチップの製造過程において、接着剤阻止部となる凸部を、エッチングにより形成することができ、ケースに対して機械加工を行う場合と比較して微細な加工が可能となると共に、空胴部の形成工程に僅かな工程を付加するだけで容易に形成することができるようになる。
従って、本発明の請求項２の半導体圧力センサのセンサチップの製造方法によっても、同様に、センサチップに対する接着剤の這い上がりによる悪影響を未然に防止することができ、しかもそのための工程を簡単に済ませることができるという優れた効果を奏するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について述べる。
（１）第１の実施例
まず、本発明の第１の実施例（請求項１に対応）について、図１ないし図３を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る半導体圧力センサ１１の要部構成を示し、この半導体圧力センサ１１は、ケース１２内にセンサチップ１３を備えて構成される。
【００１６】
前記ケース１２には、センサチップ１３が載置状に取付けられるチップ装着部１２ａが設けられ、そのチップ装着部１２ａの中央部にて開口する圧力導入口１４が形成されている。また、ケース１２の下面には、前記圧力導入口１４に連通し下方に管状に突出する突出口部１５が一体に設けられている。尚、前記チップ装着部１２ａの上面は全体として平坦状をなし、特別な切削加工などを行うことなく形成されるようになっている。
【００１７】
一方、前記センサチップ１３は、図２にも示すように、半導体材料（単結晶シリコン）から全体として矩形状に形成され、中央部の矩形状領域に位置する薄肉なダイヤフラム部１６と、その周囲に設けられる下方に厚肉となる厚肉部１７とを一体に有している。この場合、図１に示すように、前記厚肉部１７の内壁面は下方に行くほど拡開する傾斜状とされ、前記ダイヤフラム部１６の下面と厚肉部１７の内壁面とから囲まれる空間部が、検出圧力が導入される空胴部１３ａとされる。
【００１８】
また、図２，図３にも示すように、前記ダイヤフラム部１６の上面部には、４か所に位置して感圧素子となるピエゾ抵抗体１８が形成されていると共に、センサチップ１３上には、酸化膜１９を介して、それらピエゾ抵抗体１８をブリッジ接続する配線２０が形成され、更に、前記ダイヤフラム部１６から外れた位置に外部接続用の４個のコンタクト２１が形成されている。これにて、ダイヤフラム部１６に作用する圧力に応じた歪みを検知して電気信号として出力する圧力検知回路が構成されるのである。
【００１９】
そして、図１に示すように、このセンサチップ１３は、前記厚肉部１７が前記ケース１２のチップ装着部１２ａ上に載置された状態で、例えばエポキシ系，シリコーン系，Ａｇペースト等の接着剤２２により直接的に取付けられるようになっている。このとき、センサチップ１３の厚肉部１７の内壁面部には、該厚肉部１７の内壁面を伝って這い上ってくる接着剤２２が前記ダイヤフラム部１６下面に至ることを阻止するための接着剤阻止部としての凹部２３が設けられている。このセンサチップ１３の製造方法（凹部２３の形成方法）については後述する。尚、センサチップ１３の装着状態で、前記各コンタクト２１は、ボンディングワイヤ２４によってケース１２側に設けられた図示しない端子部と接続されるようになっている。
【００２０】
ここで、前記センサチップ１３の製造方法について、図３も参照しながら述べる。図３は、センサチップ１３の製造工程を順に示している。まず、例えばＮ型で面方位が（１１０）又は（１００）のシリコン基板（シリコンウエハ）２５の表面側に対する加工工程（回路形成工程）が行われる。この回路形成工程では、始めに、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２５の表面を酸化して、膜厚が０．５〜１．０μｍの酸化膜１９が形成される。
【００２１】
続いて、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板２５の表面部の所定位置に、例えばボロンのイオン注入及び熱処理、あるいはボロンの拡散により、ピエゾ抵抗体１８が形成される。そして、図３（ｃ）に示すように、酸化膜１９上に蒸着したアルミニウム膜をパターニングすることにより、配線２０及びコンタクト２１が形成される。これにて、シリコン基板２５の表面部に、圧力検知回路が形成されるのである。
【００２２】
次に、シリコン基板２５の裏面側の加工に進むのであるが、ここでは、まず、シリコン基板２５の裏面側を研磨して所定厚み（例えば２００〜４００μｍ）とした後、図３（ｄ）に示すように、前記凹部２３に対応した位置にくさび状の切込み溝２６を形成する切込み溝形成工程が行われる。この切込み溝形成工程は、例えば、シリコン基板２５の裏面に絶縁膜（ＳｉＮ膜，ＳｉＯ2 膜）を堆積させ、次に、凹部２３形成部を開口させたパターニングを行い、この後、ＣＦ4 ガスにより深さ２０〜１００μｍのドライエッチングを行うことによりなされる。
【００２３】
最後に、図３（ｅ）に示すように、前記空胴部１３ａに対応した部位を除去してダイヤフラム部１６を形成するエッチング工程が行われる。このエッチング工程は、例えば、ダイヤフラム部１６に対応したパターニングを行った後、ＫＯＨ液やＴＭＡＨ液などのエッチング液を用いて所定厚さ寸法までウエットエッチングを行うことによりなされる。これにて、ダイヤフラム部１６（及び厚肉部１７）が形成されると共に、厚肉部１７の内壁面部に切込み溝２６の先端が残ってこれが凹部２３となり、もって凹部２３を有したセンサチップ１３が形成されるのである。
【００２４】
さて、以上の工程により製造されたセンサチップ１３は、上述したように、ケース１２のチップ装着部１２ａに予め接着剤２２が塗布された状態で、厚肉部１７が前記チップ装着部１２ａ上に載置されてその接着剤２２により接着固定されるようになっている。しかして、このとき、厚肉部１７の下端の平坦面がチップ装着部１２ａ上に押付けられることに伴い、接着剤２２の一部がはみ出される状態となり、その接着剤２２が厚肉部１７の内壁面を伝って這い上がってくるようになることがある。
【００２５】
ところが、前記センサチップ１３の厚肉部１７の内壁面部には、凹部２３が形成されているので、接着剤２２が厚肉部１７の内壁面を伝って這い上がることがあっても、その接着剤２２が凹部２３に溜められるようになり、それ以上上方に至ることがなくなる。つまり、その接着剤２２の這い上がりは、ダイヤフラム部１６の下面に至る前で阻止されることになるのである。
【００２６】
このように本実施例の半導体圧力センサ１１によれば、センサチップ１３の厚肉部１７の内壁面部に接着剤阻止部としての凹部２３を設けたので、従来のようなはみ出した接着剤４がダイヤフラム部５の下面にまで付着してしまう虞のあるものと異なり、接着剤２２がダイヤフラム部１６の下面に付着してしまうことを未然に防止することができる。この結果、センサチップ１３に対する接着剤２２の這い上がりに起因する、圧力検知の感度の低下や温度特性が悪化等の悪影響を未然に防止することができるものである。
【００２７】
しかも、上記凹部２３は、センサチップ１３側に設けられ、センサチップ１３の製造過程において容易に形成することが可能となるので、ケース１２に対して微細な機械加工を行う場合と比較して、接着剤２２の這い上がりを阻止するための構成を簡単に済ませることができるものである。ケース１２は図７に示した従来のケース２をそのまま使用でき、ケース１２の製造コストの増加を招くことはない。なお、センサチップ１３をケース１２に直接的に取付けるので、支持台座を不要として部品数の削減を図ることができることは勿論である。
【００２８】
そして、本実施例のセンサチップ１３の製造方法によれば、ＩＣ製造技術を応用したセンサチップ１３の製造過程において、接着剤阻止部となる凹部２３を、エッチングにより形成することができ、全体が小形（１〜２mm）のセンサチップ１３であっても、凹部２３の微細な加工が可能となると共に、空胴部１３ａの形成工程（エッチング工程）に僅かな工程（切込み溝形成工程）を付加するだけで容易に形成することができるものである。
【００２９】
（２）第２の実施例
次に、本発明の第２の実施例（請求項２に対応）について、図４ないし図６を参照して述べる。尚、この実施例においては、半導体圧力センサの基本的な構成などは、上記第１の実施例と共通するので、同一部分については同一符号を付して詳しい説明を省略することとする。
【００３０】
本実施例に係る半導体圧力センサ３１は、図４に示すように、チップ装着部１２ａや圧力導入口１４、突出口部１５を有するケース１２内に、センサチップ３２を備えて構成される。前記センサチップ３２は、後述するように製造され、薄肉なダイヤフラム部１６と、その周囲に設けられる下方に厚肉となる厚肉部３３とを一体に有し、それらダイヤフラム部１６の下面と厚肉部３３の内壁面とから囲まれる空間部が、検出圧力が導入される空胴部３２ａとされている。また、図５に示すように、このセンサチップ３２の上面部には、ピエゾ抵抗体１８、配線２０、コンタクト２１からなる圧力検知回路が設けられている。
【００３１】
そして、このセンサチップ３２は、やはり前記厚肉部３３がケース１２のチップ装着部１２ａ上に載置された状態で、接着剤２２により直接的に取付けられるようになっている。このとき、本実施例では、センサチップ３２の厚肉部３３の内壁面部には、該厚肉部３３の内壁面を伝って這い上ってくる接着剤２２がダイヤフラム部１６下面に至ることを阻止するための接着剤阻止部としての凸部３４が設けられている。
【００３２】
図６は、前記センサチップ３２の製造工程を順に示している。まず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、シリコン基板２５の表面側に圧力検知回路を形成する回路形成工程が行われる。この工程については、上記第１の実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００３３】
次に、シリコン基板２５の裏面側を研磨して所定厚みとした後、２段階のエッチングの工程が実行される。まず、第１のエッチング工程は、例えば、シリコン基板２５の裏面に絶縁膜（ＳｉＮ膜，ＳｉＯ2 膜）を堆積させ、次に、ダイヤフラム部１６に対応したパターニングを行った後、ＫＯＨ液やＴＭＡＨ液などのエッチング液を用いて所定の厚さ寸法までウエットエッチングを行うことによりなされる。ここでは、図６（ｄ）に示すように、空胴部３２ａに対応した部位を前記凸部３４の高さ相当分の厚みを残して除去するようになっており、つまり、最終形状（図に二点鎖線で示す）よりも凸部３４の高さ分だけ厚いところまでで、エッチングが停止されるのである。
【００３４】
そして、最後に第２のエッチング工程が実行される。この第２のエッチング工程は、前記凸部３４に対応する部分を塞いだパターニングを行った後、例えばＨＦ系のエッチング液にて所定厚みのウエットエッチングを行うことによりなされる。これにて、所定厚みのダイヤフラム部１６（及び厚肉部３３）が形成されると共に、厚肉部３３の内壁面部に凸部３４が残った状態となり、もって凸部３４を有したセンサチップ３２が形成されるのである。
【００３５】
かかる構成によれば、センサチップ１３の厚肉部３３の内壁面部には、接着剤阻止部としての凸部３４が形成されているので、接着剤２２が厚肉部３３の内壁面を伝って這い上がることがあっても、その接着剤２２が凸部３４によりせき止められるようになり、やはり接着剤２２がダイヤフラム部１６の下面に至ることがなくなるのである。
【００３６】
従って、本実施例の半導体圧力センサ３１によれば、上記第１の実施例と同様に、接着剤２２がダイヤフラム部１６の下面に付着してしまうことを未然に防止することができ、センサチップ３２に対する接着剤２２の這い上がりに起因する、圧力検知感度の低下や温度特性の悪化等の悪影響を未然に防止することができ、そのための構成を簡単に済ませることができるものである。また、本実施例のセンサチップ３２の製造方法によれば、やはり、微細な凸部３４を容易に形成することができるものである。
【００３７】
尚、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば接着剤阻止部の構成としては凹部や凸部を二重に設ける等の変形が考えられ、また、センサチップの形状についても種々の変形が可能である。センサチップの製造方法についても、エッチングの方法や使用するエッチング液の材質等は具体例に過ぎず、様々な変更が可能である。その他、圧力検知回路からの信号を処理する信号処理回路（集積回路）をシリコン基板に一体に形成した集積化圧力センサにも適用できる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、半導体圧力センサの要部の縦断正面図
【図２】センサチップの平面図
【図３】センサチップの製造工程を示す図
【図４】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図５】図２相当図
【図６】図３相当図
【図７】従来例を示す要部の縦断正面図
【符号の説明】
図面中、１１，３１は半導体圧力センサ、１２はケース、１２ａはチップ装着部、１３，３２はセンサチップ、１２ａ，３２ａは空胴部、１４は圧力導入口、１６はダイヤフラム部、１７，３３は厚肉部、２２は接着剤、２３は凹部（接着剤阻止部）、２５はシリコン基板、２６は切込み溝、３４は凸部（接着剤阻止部）を示す。

Claims

圧力導入口を有するケース内に、薄肉なダイヤフラム部の周囲に厚肉部を一体に有し、前記厚肉部の下面部にて前記ケースに接着により取付けられ、前記ダイヤフラム部の下面と厚肉部の内壁面とにより囲まれる空胴部が前記圧力導入口に連通されるセンサチップを備えてなる半導体圧力センサにおける、前記厚肉部の内壁面部に、該厚肉部の内壁面を伝って這い上ってくる接着剤を留めて前記ダイヤフラム部下面に至ることを阻止するための凹部を備えたセンサチップを製造するための方法であって、
前記厚肉部の表面側に圧力検知回路を形成する回路形成工程と、
前記厚肉部の裏面側の前記凹部に対応した位置にエッチングにより切込み溝を形成する切込み溝形成工程と、
前記厚肉部の裏面側の前記空胴部に対応した部位を前記切込み溝の先端を残してエッチングにより除去して前記ダイヤフラム部及び凹部を形成するエッチング工程とを含むことを特徴とする半導体圧力センサのセンサチップの製造方法。
圧力導入口を有するケース内に、薄肉なダイヤフラム部の周囲に厚肉部を一体に有し、前記厚肉部の下面部にて前記ケースに接着により取付けられ、前記ダイヤフラム部の下面と厚肉部の内壁面とにより囲まれる空胴部が前記圧力導入口に連通されるセンサチップを備えてなる半導体圧力センサにおける、前記厚肉部の内壁面部に、該厚肉部の内壁面を伝って這い上ってくる接着剤をせき止めて前記ダイヤフラム部下面に至ることを阻止するための凸部を備えたセンサチップを製造するための方法であって、
前記厚肉部の表面側に圧力検知回路を形成する回路形成工程と、
前記厚肉部の裏面側の前記空胴部に対応した部位を前記凸部の高さ相当分の厚みを残してエッチングにより除去する第１のエッチング工程と、
前記厚肉部の裏面側の前記空胴部に対応した部位の残り厚み分を、前記凸部を除いてエッチングにより除去して前記ダイヤフラム部及び凸部を形成する第２のエッチング工程とを含むことを特徴とする半導体圧力センサのセンサチップの製造方法。