JPH02158174A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体圧力センサの製造方法に関し、さら
に詳しくは、シリコン半導体圧力センサウェハと、その
絶縁体支持基板としての１例えば、パイレックスガラス
基板とを接合するための方法の改良に係るものである。

（従来の技術） 従来から、シリコン半導体ウェハと絶縁体材料であるガ
ラス基板との相互を、電気的エネルギを利用して接合す
るようにした陽極接合法は１例えば、特公昭５３−２８
７４７号公報などによってよく知られてあり、この種の
半導体圧力センサを製造する際にあっても、シリコン半
導体圧力センサウェハとその支持材料の一つであるパイ
レックスガラス基板とを接合するための手段として広く
利用されている。

また、一般に半導体クエへについては、これをいわゆる
バッチ処理することが、その作業性の面からも、あるい
はコストの面からも大変有利であって、半導体圧力セン
サの製造においても、通常の場合、シリコン半導体圧力
センサチツブとガラス基板とは、これらを個々には接合
させずに、同圧力センサチップの集合体であるシリコン
半導体圧力センサウェハと、これに対応させたガラス基
板とを、全体的に一旦、一体化接合させておき、その後
、ダイサー、あるいは、ワイヤソーなどにより、個々の
半導体圧力センサに切断分離させて使用するようにして
いる。

こＳで、従来例によるこの種の半導体圧力センサ製造の
ための、シリコン半導体圧力センサウェハと、その絶縁
体支持基板としてのガラス基板との接合方法の概要を、
第３図に示しである。

まず最初に、シリコン半導体圧力センサウェハ１１ａに
おけるシリコンダイヤフラム１２の掘り込み形成は、こ
の種のシリコン半導体圧力センサの一つの大きな特長と
されており、これは、ウェハ基板本体の裏面側に、マス
キング材料としてのシリコン酸化膜などの＠膜を形成し
ておき、にＯＨ水溶液などをエツチング液として用い、
化学的方法あるいは電気化学的方法により、同裏面側か
らキャビティ１３を選択的にエツチングして掘り込むこ
とで所期通りの断面形状を得るもので、このシリコンダ
イヤフラム１２の形成後は、マスキング材料として用い
たシリコン酸化膜などの薄膜を除去し、同つニへ基板本
体の裏面を露出させて、次のガラス基板２１ａとの陽極
接合を容易にする。

次に、前記シリコン半導体圧力センサウェハ１１ａのガ
ラス基板２１ａへの陽極接合技術による接合については
、厚さ２〜ｆｔｍｍ程度のガラス基板２１ａ上の所定位
置に、シリコン半導体圧力センサウェハｌｌａを載置し
てセツティングし、まず、ウェハ側を直流高電圧の正極
側、ガラス基板側を同負極側にそれぞれ接続させておき
、ついで、接合系全体を排気することにより　１０−’
ｍｍｔ１ｇ程度以上までに減圧して、シリコンダイヤフ
ラム１２ａでのキャビティ１３内を真空圧に保持すると
共に、さらに、この接合系全体を圧力センサウェハＩｌ
ａでのＡＪ！配線などにダメージを与えない程度の温度
３００〜４００℃まで昇温させて、ガラス基板２１ａ中
でのアルカリ金属イオンが移動し易いようにし、二の状
態のま）で５００〜８００ｖ程度の直流高電圧を印加す
る。

しかして、前記直流高電圧の印加により、シリコン半導
体圧力センサウェハｌｌａとガラス基板２１ａとの境界
領域部分には、強力な静電場が誘引され、この静電場に
よって、ガラス基板２１ａの表面側に存在するアルカリ
金属イオンが、次第にガラス中に移動することになり、
こＳでの陽イオンの動きは、例えば、数μＡ〜数１０μ
＾の電流として電流計で関知し得る。

すなわち、このようにして、ガラス基板２１ａの表面に
は、アルカリ金属イオンが減少した酸素過剰な領域２２
が、数１００Ａ〜数１０００＾の厚さで形成される。偽
って、このガラス基板２１ａの表面は、極めて活性化さ
れ、近接されているシリコン半導体圧力センサウェハｌ
ｌａのシリコン原子と反応し、Ｓｉｎ、どなって、これ
らのシリコン半導体圧力センサウェハｌｌａとガラス基
板２１ａとが、原子レベルでの結合によって接合される
ことになるもので、また、このとき、シリコンダイヤフ
ラム１２でのキャビティ１３内は、真空状態のま）で密
封されるために、このシリコン半導体圧力センサでの基
準圧力が真空となって、こＳでは、絶対圧力の計測が可
能になる。

ついで、前記のようにしてシリコン半導体圧力センサウ
ェハｌｌａとガラス基板２１ａとの陽極接合を終了した
後は、接合系の全体をゆっくりと徐々に室温まで放冷し
た上で、製品としての接合体。

つまり、この場合には、半導体圧力センサ３１ａを系外
に取り出して、後工程での処理に備えさせることができ
るのである。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、前記従来方法によって製造される半導体
圧力センサ３１ａにおいては、比較的形状の大きいシリ
コン半導体圧力センサウェハｌｌａとガラス基板２１ａ
とを、　３００〜４００℃程度の温度に加熱した上で、
かつ５００〜８００ｖ程度の直流高電圧を印加し、陽極
接合技術によって一体的にｌｓｉ極接合させると、その
全体がガラス基板２１ａ側へ凸状に変形され、反り返っ
て了うと云う現象を生ずることになる。

このように変形を生ずる理由としては、次のような説明
がなされている。

すなわち、シリコン半導体圧力センサウェハ１１ａに直
流正電圧を印加させると、この電圧は、圧力センサクエ
へＩｌａとガラス基板２１ａとの境界部に集中されて、
同境界部に形成される強力な静電場により、ガラス基板
２１中に包含されているアルカリ金属イオン（例えば、
Ｎａイオンやにイオンなど）を、境界部とは反対方向に
ドリフトすることになる。なおこＸで、このとき、接合
系内温度を３００〜４００℃程度まで加熱するのは、こ
のドリフトを一層容易にするためである。そしてこの過
程で、前記境界部に近いガラス基板２１ａの表面の材料
組成は、処理前での初期状態の一様であったものとは大
分具なって、その材料組成が厚さ方向に分布を有し、か
つその熱膨張率についても、同様な分布をもつことにな
る。

従って、このためにシリコン半導体圧力センサウェハＩ
ｌａとガラス基板２１ａとをＶ：Ｊ極接合させた後、こ
れを徐々に室温まで放冷させると、一体止接合された半
導体圧力センサ３１ａ、つまり、板状体は、その熱膨張
率の差によってガラス基板２１ａ側へ凸状に反り返るこ
とになるもので、その変形量は、条件次第で１００〜２
００μＩ程度にまで達することがある。

そして、この事実は、一方で前記したように一体化接合
された半導体圧力センサ３１ａを、ダイシングして個々
の半導体圧力センサチップに分離する際に極めて不利で
ある。すなわち、まず、支持基板としてのパイレックス
ガラス基板２１ａに接合された半導体圧力センサ３１ａ
を、その電気的特性の選別などのために、ウェハテスト
にかける場合にあって、その変形量が大き過ぎると、ウ
ェハテスターのステージに真空吸着させて保持しようと
しても、真空洩れを生じて保持し得ないと云う問題を生
じ、また、これをダイシングして個々の半導体圧力セン
サチップに分離する場合にあっても、同様の理由でダイ
サーのステージに真空吸着させることができないと云う
不利がある。

しかして、従来、このようなシリコン半導体圧力センサ
ウェハｌｌａとガラス基板２１ａとの陽極接合時に生ず
る反りを防止するための対策として、ガラス基板２１ａ
の材質中でのアルカリイオン濃度を陽極指金に支障を生
じない程度まで低下させておくとか、あるいは、ダイシ
ングなどの後工程での作業性の悪さを承知の上で、予め
ガラス基板２１ａの厚さを厚くしておくとか、さらには
、陽極接合での接合条件をできるだけ反りの少ない条件
に設定しておくとかの種々の手段が講じられてきたが、
その何れの方法の場合にも、それぞれに一長一短があっ
て、この反りを防止するための一般的な対策とはなり得
ないものであった。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、シリコン半
導体圧力センサウェハとガラス基板とを陽極接合によっ
て接合させる場合、ガラス基板の反りを、ガラス材質中
のアルカリイオン濃度、板厚、陽極接合条件などに制約
されずに防止し得るようにした。この種の半導体圧力セ
ンサの製造方法を提供することである。

〔Ｂ題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、この発明に係る半導体圧力
センサの製造方法は、シリコン半導体圧力センサウェハ
と、支持基板となるガラス基板とを接合して構成する半
導体圧力センサの製造方法において、前記シリコン半導
体圧力センサウェハとガラス基板とを陽極接合法によっ
て接合させる場合、前記ガラス基板の接合面側にあって
、前記シリコン半導体圧力センサウエハのチップダイシ
ングラインに合せた位置で、少なくともこのダイシング
幅以上の幅、および基板厚さの％以上％未満の深さを有
する切り込み溝を穿設しておき、このガラス基板の切り
込み溝を形成した面上に、前記シリコン半導体圧力セン
サウェハを、そのダイシングラインが切り込み溝に一致
されて重ね合わされた状態で、前記陽極接合法を施すよ
うにしたことを特徴とするものである。

（作　　　用） すなわち、この発明方法においては、シリコン半導体圧
力センサウェハとガラス基板とを陽極接合法によって接
合させる場合、ガラス基板の接合面側に予め切り込み溝
を形成しであるために、シリコン半導体圧力センサウェ
ハとの接合、ないしは、接合後の放冷の際に、これらの
両者の熱膨張率の差によって生ずるガラス基板側での反
りを、各切り込み溝部分により吸収、かつ緩和して、後
工程の作業に支障を来さない程度まで小さくさせること
ができ、しかも、切り込み溝の形成によって低下するガ
ラス基板の強度については、このガラス基板にシリコン
半導体圧力センサウェハが陽極接合された後、各切り込
み溝間が同ウェハによりブリッジされるために、強度的
な補強を受けて取扱い強度もまた確保し得るのである。

〔実　施　例〕

以下、この発明に係る半導体圧力センサの製造方法の一
実施例につき、第１図および第２図を参照して詳細に説
明する。

第１図はこの実施例方法を適用した場合でのシリコン半
導体圧力センサウェハとガラス基板との陽極接合技術に
よる接合態様を示す縦断面図であり、また、第２図は同
上接合前のガラス基板を示す縦断面図であって、これら
の第１図および第２図実施例方法を適用した装置構成に
おいて、前記第３図従来例方法を適用した装置構成と同
一符号は同一または相当部分を示している。

この第１図実施例構成において、シリコン半導体圧力セ
ンサウェハ１．１について、ウェハ基板本体に対するシ
リコンダイヤフラム１２．およびキャビティ１３の掘り
込み形成は、前記した従来例構成の場合と全く同様であ
ってよい。

また、ガラス基板２１については、この実施例構成の場
合、第２図に詳細構造を示したように、その接合面側に
あって、前記シリコン半導体圧力センサウェハ１１での
チップダイシングライン１４に対応させた位置で、少な
くともこのダイシング幅胃以上の幅ｗ＋７１ｗ、および
基板厚さのＨ以上％未満の深さｄを有する切り込み溝２
３を穿設させたものである。

しかして、前記のように形成されたシリコン半導体圧力
センサウェハ１１とガラス基板２１とを陽極接合技術に
よって接合させるのには、まず、ガラス基板２１の切り
込み満２３を形成した面上に対し、シリコン半導体圧力
センサウェハ１１を、そのダイシングライン１４が切り
込み溝２３に一致するようにして重ね合せた状態で、前
記した従来例方法の場合と全く同様に陽極接合を行なえ
ばよい。

そして、このＶＡ極接合に際しては、この実施例方法に
おいても、ガラス基板２１の接合面側にあって、アルカ
リ金属イオンが減少された酸素過剰領域２２が生成され
るが、同接合面側が各切り込み溝２３によって分断され
ているために、接合後の放冷で発生するガラス基板２１
の反りは、これらの各切り込み溝２３部で十分に吸収、
ないしは、緩和されることになり、このようにして仕上
げられた板状体、すなわちこの場合、半導体圧力センサ
３１については、そのガラス基板２１側に反り返って変
形するような慣れを解消、ないしは、十分に低減させ得
るのである。

また、一方、各切り込み溝２３の形成に伴ないガラス基
板２１自体の強度が低下すると云う点については、この
ガラス基板２１にシリコン半導体圧力センサウェハ１１
を陽極接合させることによって、これらの各切り込み溝
２３の相互間が効果的にブリッジ結合され、これにより
十分な補強がなされるために、これよりも以後の工程で
の特性測定、ダイシング分離整形などでの取扱いに支障
を生じたりする惧れは全くない。

さらに、この実施例方法においては、前記のように、ガ
ラス基板２１に対して、シリコン半導体圧力センサウェ
ハ１１でのダイシングライン１４に一致する切り込み溝
２３が予め穿設されているために、接合構成された半導
体圧力センサ３１を個々の半導体圧力チップにダイシン
グして分離させる際１両者の接合部分を同時に切断する
必要がなくなり、これによって、いわゆる、チッピング
の発生を完全に抑制し得ると云う副次的な効果をもまた
期待できるのである。

（発明の効果〕 以上詳述したように、この発明方法によれば、シリコン
半導体圧力センサウェハと、支持基板となるガラス基板
とを接合して構成する半導体圧力センサの製造方法にお
いて、シリコン半導体圧力センサウェハとガラス基板と
を陽極接合法によって接合させる場合、ガラス基板の接
合面側にあって、シリコン半導体圧力センサウェハのチ
ップダイシングラインに合せた位置で、少なくともこの
ダイシング幅以上の幅、および基板厚さの局以上％未横
の深さを有する切り込み溝を穿設しておき、このガラス
基板の切り込み溝を形成した面上に、シリコン半導体圧
力センサウェハを、そのダイシングラインが切り込み溝
に一致されて重ね合わされた状態で、陽極接合法を施す
ようにしたから、ガラス基板の接合面側に予め形成した
切り込み溝によって、ガラス材質中のアルカリイオン濃
度、板厚、陽極接合条件などに全く制約されることなし
に、シリコン半導体圧力センサウェハとの接合、ないし
は、接合後の放冷に際して、これらの両者の熱膨張率の
差によって生ずるガラス基板側での反りを、効果的かつ
十分に吸収、かつ緩和して、後工程の作業に支障を来さ
ない程度まで小さくさせることができ、また、切り込み
溝の形成によって低下するガラス基板の強度は、このガ
ラス基板にシリコン半導体圧力センサウェハが陽極接合
された後、各切り込み溝間が同ウェハによりブリッジ結
合されることから、強度的な補強がなされて、以後の工
程での取扱い強度もまた良好に確保し得るのであり、し
かも、方法自体についても比較的簡単で、容易に実施で
きるなどの優れた特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る半導体圧力センサの製造方法の
一実施例を適用したシリコン半導体圧力センサウェハと
ガラス基板との陽極接合態様を示す縦断面図、第２図は
同上接合前のガラス基板を示す縦断面図であり、また、
第３図は従来例によるシリコン半導体圧力センサウェハ
とガラス基板との陽極接合態様を示す縦断面図である。 １１・・・・シリコン半導体圧力センサウェハ、１２・
・・・ダイヤフラム、１３・・・・キャビティ、１４・
・・・ダイシングライン、２１・・・・ガラス基板、２
２・・・・酸素過剰領域、２３・・・・切り込み溝、３
１・・・・接合された半導体圧力センサ。 Ｗ・・・・ダイシング幅、胃◆４ｗ・・・・切り込み溝
幅、ｄ・・・・切り込み溝深さ。 代理人　　大　　岩　　増　　雄 １３：キャし゛ティ １４ニア”イシー２゛ライン ２１；π′ラス某Ｊ。 第１図 ２３；上ｐ７医六溝 ３１ン塵◇くよ、に−導イ杏ｌ王−〃セン７第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン半導体圧力センサウェハと、支持基板となるガ
   ラス基板とを接合して構成する半導体圧力センサの製造
   方法において、前記シリコン半導体圧力センサウェハと
   ガラス基板とを陽極接合法によつて接合させる場合、前
   記ガラス基板の接合面側にあつて、前記シリコン半導体
   圧力センサウェハのチップダイシングラインに合せた位
   置で、少なくともこのダイシング幅以上の幅、および基
   板厚さの１／２以上２／３未満の深さを有する切り込み
   溝を穿設しておき、このガラス基板の切り込み溝を形成
   した面上に、前記シリコン半導体圧力センサウェハを、
   そのダイシングラインが切り込み溝に一致されて重ね合
   わされた状態で、前記陽極接合法を施すようにしたこと
   を特徴とする半導体圧力センサの製造方法。