JPH05206483A - 集積化圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコンウェハと台座との接合時の歪みによ
る悪影響を低減することができる集積化圧力センサの製
造方法を提供することにある。 【構成】 シリコンウェハ１に、チップ毎の薄肉のダイ
ヤフラム２と、チップ毎のピエゾ抵抗層と、チップ毎の
調整用抵抗体を有する信号処理回路とを形成する。そし
て、シリコンウェハ１のダイヤフラム２に圧力を印加す
るための台座用圧力調整通路７を有するガラス台座６上
にシリコンウェハ１を接合する。さらに、チップ毎にシ
リコンウェハ１を通過してガラス台座６の所定深さに及
ぶハーフダイシングを行い、ウェハトリミングの圧力感
度調整工程における負圧設定時において台座用圧力調整
通路７を通してダイヤフラム２への圧力を調整しながら
チップ毎に調整用抵抗体の抵抗値を調整する。最後に、
チップ毎にシリコンウェハ１及びガラス台座６を裁断す
るフルダイシングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、集積化圧力センサの
製造方法に係り、詳しくは、ウェハ状態でトリミングを
行う集積化圧力センサの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積化圧力センサを製造する際
に、シリコンウェハにセンサチップ毎のダイヤフラム・
ピエゾ抵抗層・信号処理回路を形成し、このシリコンウ
ェハを台座上に接合し、この状態で調整用抵抗体をトリ
ミングし、その後に各チップ毎にダイシングすることが
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、チップ状態
でトリミングを行うために、シリコンウェハと台座との
接合歪みの影響を受けてしまい、ダイシング後の出力が
変動してしまう。つまり、シリコンウェハと台座との接
合時の歪みがダイシングによって開放されるために、ダ
イヤフラム上の応力が変化しダイシング後の出力が変動
してしまう。より詳しくは、シリコンウェハと台座との
接合時には両者の熱膨張係数の差により歪みが生じてお
り、この歪みはダイシング工程で開放されるので、ウェ
ハ状態で調整しても狂いが生じてしまう。

【０００４】この発明の目的は、シリコンウェハと台座
との接合時の歪みによる悪影響を低減することができる
集積化圧力センサ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】この発明は、シリコンウ
ェハに、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、チップ毎の調整用抵抗体を有する信号
処理回路とを形成する第１工程と、前記台座上に前記シ
リコンウェハを接合する第２工程と、チップ毎に前記シ
リコンウェハを通過して前記台座の所定深さに及ぶハー
フダイシングを行う第３工程と、チップ毎に前記調整用
抵抗体の抵抗値を調整する第４工程と、チップ毎に前記
シリコンウェハ及び台座を裁断するフルダイシングを行
う第５工程とを備えた集積化圧力センサの製造方法をそ
の要旨とするものである。

【０００６】ここで、前記第２工程での台座はシリコン
ウェハのダイヤフラムに圧力を印加するための圧力調整
通路を有し、前記第４工程では前記圧力調整通路を通し
て前記ダイヤフラムへの圧力を調整しながらチップ毎に
前記調整用抵抗体の抵抗値を調整するものとしてもよ
い。

【０００７】

【作用】第１工程にてシリコンウェハに、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、チッ
プ毎の調整用抵抗体を有する信号処理回路とが形成さ
れ、第２工程により台座上にシリコンウェハが接合さ
れ、第３工程によりチップ毎にシリコンウェハを通過し
て台座の所定深さに及ぶハーフダイシングが行われる。
そして、第４工程によりチップ毎に調整用抵抗体の抵抗
値が調整され、第５工程によりチップ毎にシリコンウェ
ハ及び台座を裁断するフルダイシングが行われる。この
際、第４工程での調整用抵抗体の抵抗値の調整時には第
３工程でのハーフダイシングによる溝によりシリコンウ
ェハと台座との接合時の歪みが開放され、シリコンウェ
ハと台座との接合時の歪みによる悪影響を受けることが
ない。

【０００８】又、第４工程にて圧力調整通路を通してダ
イヤフラムへの圧力を調整しながらチップ毎に調整用抵
抗体の抵抗値を調整することにより、シリコンウェハに
は反りが発生するが、ハーフダイシングによる溝により
シリコンウェハの反りによる歪みがピエゾ抵抗層に至り
悪影響を及ぼすことがない。

【０００９】

【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。

【００１０】図１〜図８には、集積化圧力センサの製造
工程を示す。まず、図１に示すように、シリコンウェハ
１に、チップ毎の薄肉のダイヤフラム２を形成するとと
もに、図９に示すように、チップ毎のピエゾ抵抗層（ゲ
ージ抵抗）３と、チップ毎の調整用抵抗体（薄膜抵抗）
４を有する信号処理回路５とを形成する。つまり、図９
に示すように、中央部を薄く加工してダイヤフラム２を
形成するとともに、ダイヤフラム２にピエゾ抵抗層３を
不純物拡散にて形成し、さらに、ダイヤフラム２以外の
肉厚部に調整用抵抗体４を有する信号処理回路５を集積
化して形成する。そして、信号処理回路５はピエゾ抵抗
層３より生ずる信号に対し増幅等の処理を行う。

【００１１】引き続き、図１のガラス台座６を用意す
る。このガラス台座６には、シリコンウェハ１のダイヤ
フラム２に対応する多数の台座用圧力調整通路７が形成
され、通路７の一端は上面に開口し、他端は下面に開口
している。そして、図２に示すように、ガラス台座６の
上にシリコンウェハ１を陽極接合する。その後、チップ
毎にシリコンウェハ１を通過してガラス台座６の所定深
さに及ぶハーフダイシングを行う。このハーフダイシン
グにより切り込み溝８が形成される。つまり、シリコン
ウェハ１の厚みＬ１に対し、それ以上の深さＬ２の溝８
を形成し、かつ、この溝８の幅はＷ１（本実施例では１
５０μｍ）となっている。

【００１２】図１０には、ハーフダイシングを行った後
のシリコンウェハ１の平面図を示す。このように、シリ
コンウェハ１において、隣り合うチップの境界には、切
り込み溝８が設けられる。

【００１３】さらに、図３に示すように、チップ毎に一
回目の回路特性検出を行う。つまり、プローブカード９
に固定されたプローバ１０をプロービング用パッド１１
（図９に示す）に当てながら回路の特性検査を行う。

【００１４】次に、図４に示すように、シリコンウェハ
１及びガラス台座６を圧力設定ステージ１２にセットす
る。この圧力設定ステージ１２は、ステージ本体１３に
凹部１４が形成され、その凹部１４の底部には圧力調整
通路１５が形成されている。この通路１５には真空ポン
プ１６及び圧力計１７が接続されている。そして、ステ
ージ本体１３の凹部１４にシリコンウェハ１及びガラス
台座６が挿入される。この状態で、チップ毎に圧力感度
調整を行う。つまり、プローバ１０をプロービング用パ
ッド１１に当てながらレーザビームＬb を調整用抵抗体
４に照射して抵抗値を調整する。この調整は、真空ポン
プ１６及び圧力計１７を用いてダイヤフラム２に対し大
気圧（７６０mmＨｇ）と負圧（２mmＨｇ）とを印加して
行う。

【００１５】このウェハトリミングの圧力感度調整工程
における負圧設定時においてシリコンウェハ１には反り
が発生する。しかし、ハーフダイシングによる切り込み
溝８によりシリコンウェハ１の反りによる応力がピエゾ
抵抗層（ゲージ抵抗）３に至ることが低減される。

【００１６】そして、図５に示すように、シリコンウェ
ハ１及びガラス台座６を高温設定ステージ１８の上にセ
ットする。この高温設定ステージ１８にはヒータ１９が
備えられ、同ヒータ１９の通電によりシリコンウェハ１
を所定の温度に設定できるようになっている。この状態
で、チップ毎に高温補償量測定を行う。つまり、プロー
バ１０をプロービング用パッド１１に当てながら常温と
高温（１００℃）での出力値を測定して高温補償量を測
定する。

【００１７】引き続き、図６に示すように、シリコンウ
ェハ１及びガラス台座６をステージ２０の上にセットす
る。そして、チップ毎に高温補償調整を行う。つまり、
プローバ１０をプロービング用パッド１１に当てながら
レーザビームＬb を調整用抵抗体４に照射して抵抗値を
調整して温度によるドリフトを無くする。同様に、この
状態で、チップ毎にダイヤフラム２に加わる圧力が無い
状態での出力調整、つまり、オフセット調整を行う。

【００１８】さらに、図７に示すように、シリコンウェ
ハ１及びガラス台座６を温度設定ステージ２１の上にセ
ットする。この温度設定ステージ２１にはヒータ２２及
び液体窒素が通過する冷却管２３が備えられ、ヒータ２
２の通電によりシリコンウェハ１を高温にできるととも
に冷却管２３への液体窒素の供給によりシリコンウェハ
１を低温にできるようになっている。そして、チップ毎
に二回目の回路特性検出を行う。つまり、プローブカー
ド９に固定されたプローバ１０をプロビング用パッド１
１に当てながら、高温下・常温下・低温下での回路の特
性検査を行う。

【００１９】そして、図８に示すように、チップ毎にシ
リコンウェハ１及びガラス台座６をフルダイシングして
裁断する。このとき、ダイシングソーの通過による溝幅
は１００μｍとなっている。よって、裁断されたチップ
にはその側面に２５μｍの段差部２４が形成されること
となる。ここで、フルダイシングによる溝幅とハーフダ
イシングによる溝幅とが同一であり、かつタイシングソ
ーの位置ズレが生じたり、あるいは、フルダイシングに
よる溝幅の方がハーフダイシングによる溝幅よりも大き
いと、フルダイシングの際にハーフダイシングによる溝
に沿ってダイシングソーが曲げられダイシングソーに捩
じれが生じる。そして、最悪の場合にはダイシングソー
が折れてしまう。これに対し、本実施例ではフルダイシ
ングによる溝幅（１００μｍ）よりもハーフダイシング
による溝幅（１５０μｍ）の方が広くダイシングソーの
折れを未然に防止している。

【００２０】このようにして、集積化圧力センサが製造
される。図１１には、圧力感度調整に先立ってハーフダ
イシング（切り込み溝８の形成）を行わなかった場合に
おける、センサの出力特性を示す。又、図１２には、圧
力感度調整に先立ってハーフダイシングを行った場合に
おける、センサの出力特性を示す。これらの図から、ハ
ーフダイシングを行わないと、バラツキが大きく製品と
しては成り立たなかったが、ハーフダイシングを行うこ
とにより、特性を揃えることができる。

【００２１】又、図１３に示すモデルによるＦＥＭ解析
を行った。圧力感度調整に先立ってハーフダイシングを
行わなかった場合において、シリコンウェハが３０μｍ
反った時に、反りによる応力を計算すると、ピエゾ抵抗
層３（ゲージ部）に４．９２ｇ／mm² の応力が発生し
た。しかしながら、ハーフダイシングを行った場合（深
さ５００μｍの切り込み溝８を形成した時）は、ピエゾ
抵抗層３（ゲージ部）に発生した応力は０．８３ｇ／mm
² となり、約１／６に低減できた。尚、図１４には、ハ
ーフダイシングを行わなかった場合における変形図を示
す。

【００２２】このように本実施例では、シリコンウェハ
１に、チップ毎の薄肉のダイヤフラム２と、チップ毎の
ピエゾ抵抗層３と、チップ毎の調整用抵抗体４を有する
信号処理回路５とを形成し（第１工程）、シリコンウェ
ハ１のダイヤフラム２に圧力を印加するための台座用圧
力調整通路７を有するガラス台座６上にシリコンウェハ
１を接合し（第２工程）、チップ毎にシリコンウェハ１
を通過してガラス台座６の所定深さに及ぶハーフダイシ
ングを行い（第３工程）、ウェハトリミングの圧力感度
調整工程における負圧設定時において台座用圧力調整通
路７を通してダイヤフラム２への圧力を調整しながらチ
ップ毎に調整用抵抗体４の抵抗値を調整し（第４工
程）、チップ毎にシリコンウェハ１及びガラス台座６を
裁断するフルダイシングを行った（第５工程）。

【００２３】その結果、第４工程において、ハーフダイ
シングによる切り込み溝８により、圧力感度調整工程及
びオフセット調整工程時においてシリコンウェハ１とガ
ラス台座６との接合時の歪みが開放されており、フルダ
イシング後において接合時の歪みの悪影響を受けること
がない。又、ウェハ状態での出力調整時には負圧が加え
られシリコンウェハ１の反りによる歪みが発生するが、
ハーフダイシングによる切り込み溝８により、その反り
による歪みがピエゾ抵抗層３に至り悪影響を及ぼすこと
が回避される。 （第２実施例）次に、第２実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００２４】図１５に示すように、シリコンウェハ２５
を図９に示すように、中央部を薄く加工してダイヤフラ
ム２を形成するとともに、ダイヤフラム２にピエゾ抵抗
層３を不純物拡散にて形成し、さらに、ダイヤフラム２
以外の肉厚部に調整用抵抗体４を有する信号処理回路５
を集積化して形成する。さらに、このシリコンウェハ２
５は、各チップにおける圧力感度調整が済んだものであ
る。

【００２５】そして、ガラス台座２６上にシリコンウェ
ハ２５を真空雰囲気下で陽極接合する。その後、図１６
に示すように、チップ毎にシリコンウェハ２５を通過し
てガラス台座２６の所定深さに及ぶハーフダイシングを
行い、切り込み溝２７を形成する。さらに、図１７に示
すように、プローブカード９に固定されたプローバ１０
をプロービング用パッド１１（図９に示す）に当てなが
らレーザビームＬb によるチップ毎に調整用抵抗体の抵
抗値を調整する。つまり、真空基準の大気圧下でのオフ
セット調整を行う。

【００２６】続いて、図１８に示すように、チップ毎に
シリコンウェハ２５及びガラス台座２６を裁断するダイ
シングを行う。ここで、シリコンウェハ２５とガラス台
座２６との接合時には両者の熱膨張係数の差により歪み
が生じている。しかしながら、調整の前にハーフカット
を行いシリコンウェハ２５の厚み以上の深さまで切り込
んでおくことにより、予め歪みを取り除き、調整後の各
チップ毎のダイシング工程での出力変動を小さくするこ
とができる。

【００２７】図１９に示すように、にはハーフカットを
行った本実施例のセンサと、ハーフカットを行わない従
来法でのセンサにおけるセンサ出力変動の比較結果を示
す。同図から、従来法でのセンサでは出力変動の許容誤
差範囲である±３０ｍＶ以内に入らなかったが、本実施
例のセンサは許容誤差範囲内に入った。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
シリコンウェハと台座との接合時の歪みによる悪影響を
低減することができる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図であ
る。

【図３】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図であ
る。

【図４】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図であ
る。

【図５】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図であ
る。

【図６】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図であ
る。

【図７】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図であ
る。

【図８】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図であ
る。

【図９】集積化圧力センサを示す斜視図である。

【図１０】シリコンウェハの平面図である。

【図１１】センサの出力特性を示す特性図である。

【図１２】センサの出力特性を示す特性図である。

【図１３】ＦＥＭ解析の際のモデル図である。

【図１４】ＦＥＭ解析の際の変形図である。

【図１５】第２実施例の集積化圧力センサの製造工程を
示す断面図である。

【図１６】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図１７】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図１８】集積化圧力センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図１９】センサの出力変動を示す図である。

【符号の説明】

１ シリコンウェハ ２ ダイヤフラム ３ ピエゾ抵抗層 ４ 調整用抵抗体 ５ 信号処理回路 ６ ガラス台座 ７ 台座用圧力調整通路 ８ 切り込み溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウェハに、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、チップ毎の
   調整用抵抗体を有する信号処理回路とを形成する第１工
   程と、 前記台座上に前記シリコンウェハを接合する第２工程
   と、 チップ毎に前記シリコンウェハを通過して前記台座の所
   定深さに及ぶハーフダイシングを行う第３工程と、 チップ毎に前記調整用抵抗体の抵抗値を調整する第４工
   程と、 チップ毎に前記シリコンウェハ及び台座を裁断するフル
   ダイシングを行う第５工程とを備えたことを特徴とする
   集積化圧力センサの製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２工程での台座はシリコンウェハ
   のダイヤフラムに圧力を印加するための圧力調整通路を
   有し、前記第４工程では前記圧力調整通路を通して前記
   ダイヤフラムへの圧力を調整しながらチップ毎に前記調
   整用抵抗体の抵抗値を調整するものである請求項１に記
   載の集積化圧力センサの製造方法。