JPH11241965A - 半導体圧力センサ用台座のメタライズ層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 台座の貫通孔の内壁にメタライズ層が形成さ
れず、工程が増加することもなく、接合信頼性のよい半
導体圧力センサ用台座のメタライズ層の形成方法を提供
する。 【解決手段】 ダイアフラム１１を有する半導体圧力セ
ンサチップ１とダイアフラム１１に圧力を導入するため
の貫通孔２１が形成され半導体圧力センサチップ１に接
合される台座２とを有してなる半導体圧力センサにおけ
る台座２の半導体圧力センサチップ１と接合しない側の
面にメタライズ層８を形成する方法であって、貫通孔２
１の形状と略同形状の断面形状を有し、貫通孔２１の深
さ以上の長さを有する複数のピン３０を、台座２の貫通
孔２１の配置に対応して配列させるように細線状部材４
０により固定し、複数のピン３０の各々を台座２のメタ
ライズ層８を形成する面側から貫通孔２１に挿入し、３
０ピンを挿入した状態で、スパッタリングあるいは蒸着
によりメタライズ層８を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイアフラムの形
成された半導体圧力センサチップと台座とを接合してな
る半導体圧力センサ用台座のメタライズ層の形成方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体圧力センサは微圧領域の
圧力の測定を行うものであり、図３に示すように、凹部
を形成することにより薄肉状に形成されたダイアフラム
１１を有する半導体圧力センサチップ１がガラス台座２
に陽極接合等により接合され、中心にコバール製又は４
２アロイ等の金属パイプ４が配置されたＰＰＳやＰＢＴ
等のプラスチックパッケージ３内に設置される。半導体
圧力センサチップ１表面のアルミパッドとリード５とは
金又はアルミ製のワイヤ６で接続されている。なお、７
はプラスチックパッケージ３の蓋であり、１２は半導体
圧力センサチップ１に形成された歪みゲージ抵抗であ
り、１３は半導体圧力センサチップ１の表面を保護する
オーバーコートである。ガラス台座２の材料としては、
例えばパイレックスガラス（コーニング社製、品番♯７
７４０等）が用いられる。

【０００３】ガラス台座２の中心部には、半導体圧力セ
ンサチップ１のダイアフラム１１に圧力を印加するため
の貫通孔２１が形成され、ガラス台座２はこの貫通孔２
１と金属パイプ４の貫通孔４１とが対向するような配置
で、金属パイプ４に接合される。ガラス台座２と金属パ
イプ４とを接合するために、ガラス台座２の半導体圧力
センサチップ１と接合しない側の面にはメタライズ層８
が形成される。

【０００４】ガラス台座２へのメタライズ層８の形成
は、まず、図４（ａ）に示すように、メタライズ層８を
形成すべき面の表面粗化を行い、次に、図４（ｂ）に示
すように、ガラス台座２を平面プレート１０上に密着し
て設置し、スパッタリングや蒸着により表面粗化した面
にメタライズ層８を形成する。メタライズ層８の例とし
ては、Ｃｒ（最下層）／Ｎｉ／Ａｕ（最上層）、Ｔｉ
（最下層）／Ｎｉ／Ａｕ（最上層）、Ｔｉ（最下層）／
Ｐｔ／Ａｕ（最上層）等が挙げられる。その後、図４
（ｃ）に示すように、ガラス台座２を平面プレート１０
から取り外す。

【０００５】そして、金属パイプ４とガラス台座２とが
メタライズ層８を介して半田（錫、錫−アンチモン合
金、鉛、錫−鉛合金、金−シリコン合金、錫−銀合金
等）９により接合される。メタライズ層８の最上層のＡ
ｕの表面には半田９が塗れるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなガラス台座２へのメタライズ層８の形成方法によ
れば、ガラス台座２の平面プレート１０に接している方
の面はメタライズされることはないが、貫通孔２１の内
壁にはメタル粒子が付着し、メタライズ層８が形成され
てしまう。

【０００７】貫通孔２１の内壁にメタライズ層８が形成
されてしまうと、図５に示すように、ガラス台座２と半
導体圧力センサチップ１とを陽極接合する場合、高温
（約３００℃から４００℃）中で、高バイアス（約５０
０Ｖから８００Ｖ）が印加されるため、半導体圧力セン
サチップ１のガラス台座２との接合面の貫通孔２１に近
い個所と、貫通孔２１の内壁の上端部に形成されたメタ
ライズ層８との間で放電が生じ、半導体圧力センサチッ
プ１が破壊してしまうという問題があった。

【０００８】このような問題を改善するために、メタラ
イズ層８の形成に際して、図６に示すように、ガラス台
座２の貫通孔２１内にワックス２０を充填する方法があ
る。つまり、図６（ａ）に示すように、メタライズ層８
を形成すべき面の表面粗化を行い、図６（ｂ）に示すよ
うに、ガラス台座２を平面プレート１０上に密着して設
置した段階で、貫通孔２１内にワックス２０を充填す
る。ワックス２０は約１００℃から１５０℃程度の熱で
溶けるものを使用するが、メタライズ層８の形成時に加
わる温度によってはワックス２０の種類は適宜変更すれ
ば良い。ワックス２０の貫通孔２１内への充填方法は、
例えば、ディスペンサ等を用いて針先からワックスを吐
出することにより行う。その後、図６（ｃ）に示すよう
に、スパッタリングや蒸着により表面粗化した面にメタ
ライズ層８を形成する。メタライズ層８の形成完了後、
図６（ｄ）に示すように、ガラス台座２を平面プレート
１０から取り外し、ガラス台座２をを加熱することによ
り、貫通孔２１内に充填されたワックス２０を溶融して
除去する。このようにすることにより、貫通孔２１内に
メタライズ層８が形成されてしまうことを防止してい
た。

【０００９】しかしながら、この場合には、貫通孔２１
内へのワックス２０の充填という工程が余分に増え、コ
ストアップになる。また、ワックスが貫通孔２１内以外
の周囲のガラス台座２面上に飛び散った場合、ワックス
上にメタライズ層８を形成してしまうことになり、メタ
ライズ層８のガラス台座２表面との接着力が低下する。
さらに、メタライズ層８の形成後、貫通孔２１内に充填
されたワックス２０を溶融して除去するが、このワック
ス２０の残さがガラス台座２の半導体圧力センサチップ
１と接合する面上に回り込むと、ガラス台座２と半導体
圧力センサチップ１との接合品質に著しい影響を及ぼす
ことになる。つまり、接合されず空隙（ボイド）が発生
したりして接合強度が低下する。ワックス２０の残さを
除去するために溶融有機溶剤（アセトン、イソプロピル
アルコール等）で洗浄することも考えられるが、洗浄工
程が増えるし、洗浄後の残さレベルの確認等、品質管理
が難しい。特に、ワックス２０が不透明な場合には、目
視検査ができず、洗浄性の評価ができないという問題が
あった。

【００１０】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、台座の貫通孔の内壁に
メタライズ層が形成されず、工程が増加することもな
く、接合信頼性のよい半導体圧力センサ用台座のメタラ
イズ層の形成方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダイアフ
ラムを有する半導体圧力センサチップと、前記ダイアフ
ラムに圧力を導入するための貫通孔が形成され、前記半
導体圧力センサチップに接合される台座とを有してなる
半導体圧力センサにおける前記台座の前記半導体圧力セ
ンサチップと接合しない側の面にメタライズ層を形成す
る方法であって、前記貫通孔の形状と略同形状の断面形
状を有し、貫通孔の深さ以上の長さを有する複数のピン
を、前記台座の貫通孔の配置に対応して配列させるよう
に細線状部材により固定し、該複数のピンの各々を台座
のメタライズ層を形成する面側から貫通孔に挿入し、該
ピンを挿入した状態で、メタライズ層を形成する面側か
らスパッタリングあるいは蒸着によりメタライズ層を形
成するようにしたことを特徴とするものである。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、メタライズ層の形成の際に、台座を回転さ
せながらスパッタリングあるいは蒸着を行うようにした
ことを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき説明する。図１は本発明の実施の形態の
一例に係る半導体圧力センサ用台座のメタライズ層の形
成方法を示す工程図である。まず、図１（ａ）に示すよ
うに、円盤状のガラス台座２（直径約１００ｍｍから１
５０ｍｍ、厚み約０．５ｍｍから３ｍｍ）には、超音波
加工法等により貫通孔２１が形成されている。貫通孔２
１の大きさは直径約０．６ｍｍから１．５ｍｍである。
このガラス台座２の一方の面は表面粗化が行われる。つ
まり、ガラス台座２の一方の面に対して、目の粗い砥石
で研磨し、又は、サンドブラスト法により吐粒を吹きか
け、粗面化し、後述のメタライズ層の形成時に金属が付
着しやすいようにしておく。

【００１４】次に、図１（ｂ）に示すように、ガラス台
座２の粗面化した面を上側に向けて平面プレート１０上
に載せる。そして、ガラス台座２の貫通孔２１の形状と
略同形状の断面形状を有し、貫通孔２１の深さ以上の長
さを有する柱状の複数のピン３０を、貫通孔２１の配置
に対応して配列させるように細線状部材としての細い金
属線４０により固定し、複数のピン３０の各々をガラス
台座２のメタライズ層８を形成する面側から貫通孔２１
にピン３０の先端が平面プレート１０に達するまで挿入
する。複数のピン３０により、各々の貫通孔２１は塞が
れるようになっているのである。

【００１５】この状態で、図１（ｃ）に示すように、ガ
ラス台座２の粗面化した面側にスパッタリングや蒸着に
よりメタライズ層８を形成する。スパッタリングの場合
には、ターゲット（メタライズ層８の材料となる板）の
まわりを、圧力を１０^-2Ｔｏｒｒ〜１０^-4Ｔｏｒｒにし
て基板や真空容器（接地）とターゲットとの間に数百Ｖ
〜数ＫＶの電圧を印加してプラズマを発生させる。この
プラズマ中のイオンがターゲット表面の原子を跳ね飛ば
し、基板（ガラス）の上に付着することにより膜を形成
するのである。この方法でターゲットを変えることによ
り複数の金属層を積層し、メタライズ層８が形成され
る。メタライズ層８の例としては、Ｃｒ（最下層）／Ｎ
ｉ／Ａｕ（最上層）、Ｔｉ（最下層）／Ｎｉ／Ａｕ（最
上層）、Ｔｉ（最下層）／Ｐｔ／Ａｕ（最上層）等が挙
げられる。なお、スパッタリングはメタライズ層を形成
する面（表面粗化の行われた面）の方向から行う。この
時、複数のピン３０を固定している金属線４０は細い部
材を使用しているので、金属線４０の遮蔽によりメタラ
イズ層８にむらが発生することはない。その後、図１
（ｄ）に示すように、ピン３０を貫通孔２１から取り出
す。

【００１６】図２は本発明の他の実施の形態に係る半導
体圧力センサ用台座のメタライズ層の形成方法を示す工
程図である。本実施形態では、上述の実施形態におい
て、図２（ｂ）に示すように、平面プレート１０を回転
台５０上に設置している。回転台５０の上面にはベアリ
ング５２が設けられており、モータ５１により、回転台
５０上に載せた平面プレート１０を回転できるようにな
っている。従って、スパッタリングや蒸着を行う際に
は、図２（ｃ）に示すように、平面プレート１０を回転
させながら行うようにするのである。メタライズ層８の
形成が完了した後、平面プレート１０の回転を止めて、
ピン３０を貫通孔２１から取り出す。他の工程は上述の
実施形態と同等であるので説明を省略する。本実施形態
では、平面プレート１０を回転させながら、つまり、台
座２を回転させながらスパッタリングや蒸着を行うの
で、金属線４０が多少太くなったとしてもメタライズ層
８にむらが発生することはない。

【００１７】以上のようにして、メタライズ層８の形成
されたガラス台座２は、図３に示すように、メタライズ
層８の形成面側が半田９を介して金属パイプ４に接合さ
れ、反対側の面が半導体圧力センサチップ１に陽極接合
により接合される。陽極接合の条件としては、真空雰囲
気中で約４００℃に加熱し、約５００Ｖ〜８００Ｖの直
流電圧を半導体圧力センサチップ１側が正極になるよう
に印加すると、静電引力により原子的に接合されるので
ある。

【００１８】以上の実施形態によれば、ガラス台座２の
貫通孔２１の内壁２２は、メタライズ層８の形成工程時
には、貫通孔２１がピン３０によって塞がっているの
で、メタライズ層が形成されることはなくなり、金属パ
イプ４との接合面にのみ形成される。従って、ガラス台
座２と半導体圧力センサチップ１とを陽極接合する場合
に、放電により半導体圧力センサチップ１が破壊するこ
とがなく、また、ワックスを充填する等の余分な工程が
増加することもなく、さらには、ガラス台座２と半導体
圧力センサチップ１や金属パイプ４との接合信頼性も向
上するのである。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダ
イアフラムを有する半導体圧力センサチップと、前記ダ
イアフラムに圧力を導入するための貫通孔が形成され、
前記半導体圧力センサチップに接合される台座とを有し
てなる半導体圧力センサにおける前記台座の前記半導体
圧力センサチップと接合しない側の面にメタライズ層を
形成する方法であって、前記貫通孔の形状と略同形状の
断面形状を有し、貫通孔の深さ以上の長さを有する複数
のピンを、前記台座の貫通孔の配置に対応して配列させ
るように細線状部材により固定し、該複数のピンの各々
を台座のメタライズ層を形成する面側から貫通孔に挿入
し、該ピンを挿入した状態で、メタライズ層を形成する
面側からスパッタリングあるいは蒸着によりメタライズ
層を形成するようにしたので、台座の貫通孔の内壁にメ
タライズ層が形成されず、工程が増加することもなく、
接合信頼性のよい半導体圧力センサ用台座のメタライズ
層の形成方法が提供できた。

【００２０】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、メタライズ層の形成の際に、台座を
回転させながらスパッタリングあるいは蒸着を行うよう
にしたので、より均一なメタライズ層の形成が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る半導体圧力センサ用
台座のメタライズ層の形成方法を示す工程図である。

【図２】本発明の他の実施形態に係る半導体圧力センサ
用台座のメタライズ層の形成方法を示す工程図である。

【図３】同上に係る台座を半導体圧力センサチップ及び
金属パイプに接合した状態を示す模式図である。

【図４】半導体圧力センサの概略構成図である。

【図５】従来例に係る半導体圧力センサ用台座のメタラ
イズ層の形成方法を示す工程図である。

【図６】同上に係る台座を半導体圧力センサチップ及び
金属パイプに接合した状態を示す模式図である。

【図７】他の従来例に係る半導体圧力センサ用台座のメ
タライズ層の形成方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１ 半導体圧力センサチップ ２ ガラス台座 ３ プラスチックパッケージ ４ 金属パイプ ５ リード ６ ワイヤ ７ 蓋 ８ メタライズ層 ９ 半田 １０ 平面プレート １１ ダイアフラム １２ 歪みゲージ抵抗 １３ オーバーコート ２０ ワックス ２１ 貫通孔 ２２ 内壁 ３０ ピン ４０ 金属線 ５０ 回転台 ５１ モータ ５２ ベアリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹部を形成することにより薄肉状に形成
   されたダイアフラムを有する半導体圧力センサチップ
   と、前記ダイアフラムに圧力を導入するための貫通孔が
   形成され、前記半導体圧力センサチップに接合される台
   座とを有してなる半導体圧力センサにおける前記台座の
   前記半導体圧力センサチップと接合しない側の面にメタ
   ライズ層を形成する方法であって、前記貫通孔の形状と
   略同形状の断面形状を有し、貫通孔の深さ以上の長さを
   有する複数のピンを、前記台座の貫通孔の配置に対応し
   て配列させるように細線状部材により固定し、該複数の
   ピンの各々を台座のメタライズ層を形成する面側から貫
   通孔に挿入し、該ピンを挿入した状態で、メタライズ層
   を形成する面側からスパッタリングあるいは蒸着により
   メタライズ層を形成するようにしたことを特徴とする半
   導体圧力センサ用台座のメタライズ層の形成方法。
2. 【請求項２】 メタライズ層の形成の際に、台座を回転
   させながらスパッタリングあるいは蒸着を行うようにし
   たことを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ用
   台座のメタライズ層の形成方法。