JPH10300605A - 半導体圧力センサ及びセンサチップの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 半導体圧力センサ１１を、ケース１２の
チップ装着部１２ａに、センサチップ１３を直接的に接
着剤２２により接着して構成する。センサチップ１３
を、ダイヤフラム部１６の周囲に下方に厚肉となる厚肉
部１７を一体に設けると共に、上面部にピエゾ抵抗体１
８等からなる圧力検知回路を設けて構成する。センサチ
ップ１３の厚肉部１７の内壁面部に、該厚肉部１７の内
壁面を伝って這い上ってくる接着剤２２がダイヤフラム
部１６下面に至ることを阻止するための凹部２３を設け
る。シリコン基板の裏面側に、凹部２３形成部分にくさ
び状の切込み溝を形成し、その後空胴部１３ａに対応し
た部位をエッチングにより除去することにより、凹部２
３を有したセンサチップ１３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、及び、その半導体圧力センサ
のセンサチップを製造するため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
かもそのための構成を簡単に済ませることができる半導
体圧力センサを提供するにあり、また、その半導体圧力
センサのセンサチップを製造するに好適なセンサチップ
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
体圧力センサは、薄肉なダイヤフラム部と該ダイヤフラ
ム部の周囲において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
る構成とすると共に、そのセンサチップの厚肉部の内壁
面部に、該厚肉部の内壁面を伝って這い上ってくる接着
剤がダイヤフラム部下面に至ることを阻止するための接
着剤阻止部を設けた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接着剤
阻止部によって、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、接着剤阻止部は、セン
サチップ側に設けられるので、そのセンサチップの製造
過程において形成することが可能となり、ケースに対し
て微細な機械加工を行う場合と比較して形成が容易とな
る。

【００１０】従って、本発明の半導体圧力センサによれ
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、しかもそのための構
成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。

【００１１】この場合、上記接着剤阻止部を、這い上っ
てくる接着剤を留める凹部から構成したり（請求項２の
発明）、這い上ってくる接着剤をせき止める凸部から構
成したり（請求項３の発明）することができる。これら
によれば、共に比較的簡単な構成で接着剤阻止部を設け
ることができ、そのための加工も容易となる。

【００１２】そして、本発明の請求項４のセンサチップ
の製造方法は、上記請求項２の半導体圧力センサのセン
サチップを製造するための方法であって、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エッチングにより除去し
てダイヤフラム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。

【００１３】また、本発明の請求項５のセンサチップの
製造方法は、上記請求項３の半導体圧力センサのセンサ
チップを製造するための方法であって、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】これらによれば、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
凹部あるいは凸部を、エッチングにより形成することが
でき、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。

【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１，２，４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１
２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１
９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２００〜４００μ
ｍ）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１
６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１
７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１
６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１
１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１
３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１
３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１，３，５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１
４、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３
３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３
４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
部あるいは凸部に限定されず、それらを組合わせたもの
や、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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力導入口を有するケース内に、薄肉な
   ダイヤフラム部と該ダイヤフラム部の周囲において厚肉
   部を一体に有し、それら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ものにおいて、 前記センサチップを、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る構成とすると共に、 前記センサチップ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が前記ダイヤフラム
   部下面に至ることを阻止するための接着剤阻止部を設け
   たことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記接着剤阻止部は、這い上ってくる接
   着剤を留める凹部からなることを特徴とする請求項１記
   載の半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】 前記接着剤阻止部は、這い上ってくる接
   着剤をせき止める凸部からなることを特徴とする請求項
   １記載の半導体圧力センサ。
4. 【請求項４】 請求項２記載の半導体圧力センサのセン
   サチップを製造するための方法であって、 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、 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エッ
   チングにより除去して前記ダイヤフラム部を形成するエ
   ッチング工程とを含むことを特徴とするセンサチップの
   製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３記載の半導体圧力センサのセン
   サチップを製造するための方法であって、 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、 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
   とするセンサチップの製造方法。