JPH11258084A - 半導体圧力センサ用台座のメタライズ層の形成方法及びメタライズ用治具の製造方法 - 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】 半導体圧力センサチップ１と圧力を導入
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２１の台座２のメタライズ層８を形成する面側の
開口部形状より大きな形状の円板状部３１と円板状部３
１の外周部から突出し円板状部３１を台座２の貫通孔２
１の配置に対応して配列させるように接続する接続パタ
ーン３２とからなる金属製のメタライズ用治具３０を、
円板状部３１が貫通孔２１の開口部を塞ぐように設置し
た状態で、メタライズ層８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及
びメタライズ用治具の製造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４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５（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５（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５
（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６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７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７（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７（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７（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７（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
イズ層の形成方法及びメタライズ用治具の製造方法を提
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、前記貫通孔の台座のメタライズ層を形
成する面側の開口部形状より大きな形状の円板状部と該
円板状部の外周部から突出し円板状部を前記台座の貫通
孔の配置に対応して配列させるように接続する接続パタ
ーンとからなる金属製のメタライズ用治具を、前記円板
状部が貫通孔の開口部を塞ぐように設置した状態で、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、前記細線状部材をループ状に形成したこと
を特徴とするものである。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項２記載のメ
タライズ用治具の製造方法であって、金属基板にレジス
トを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、前記円板
状部及び接続パターンを形成し、次に、該接続パターン
をループ状に変形させるようにしたことを特徴とするも
のである。

【００１４】

【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、円板状のガラス台座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。

【００１５】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、図２に示すような、ガラス台座２の
粗面化した面（台座のメタライズ層を形成する面）側の
貫通孔２１の開口部形状より少しだけ大きな形状で貫通
孔２１の配置に対応して配列させた円板状部３１と、円
板状部３１の外周部から突出し隣接する円板状部３１を
接続する接続パターン３２とからなる金属製のメタライ
ズ用治具３０を、円板状部材３１が貫通孔２１の開口部
を塞ぐように設置する。ここで、接続パターン３２は細
く、ループ状に形成される。また、円板状部３１として
は、その厚みは約５０μｍ〜２００μｍ程度で、形状
は、貫通孔２１の開口部形状より少し大きく、約０．７
〜１．５ｍｍの径を有する円形とする。

【００１６】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、複数の円板状部３１を接続している接続パターン３
２は、細く、また、ループ状に形成されているので、接
続パターン３２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、
メタライズ用治具３０を取り外す。

【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】本実施形態によれば、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が円板状部３１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】メタライズ用治具３０の製造方法として
は、銅箔等の金属基板にレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィ技術により、円板状部３１及び接続パターン３
２を形成し、次に、凹凸のある型に嵌め込む等して接続
パターン３２をループ状に変形させるようにする。

【００２０】以上のメタライズ用治具３０の製造方法に
よれば、本発明の半導体圧力センサ用台座のメタライズ
層の形成方法に使用されるメタライズ用治具３０が容易
に製造することができる。

【００２１】

【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、前記貫通孔の台座のメタライズ
層を形成する面側の開口部形状より大きな形状の円板状
部と該円板状部の外周部から突出し円板状部を前記台座
の貫通孔の配置に対応して配列させるように接続する接
続パターンとからなる金属製のメタライズ用治具を、前
記円板状部が貫通孔の開口部を塞ぐように設置した状態
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。

【００２２】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、前記細線状部材をループ状に形成し
たので、よりむらのないメタライズ層の形成が行える。

【００２３】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載のメタライズ用治具の製造方法であって、金属基板に
レジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、前
記円板状部及び接続パターンを形成し、次に、該接続パ
ターンをループ状に変形させるようにしたので、請求項
２記載で使用されるメタライズ用治具が容易に製造でき
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】同上に係るメタライズ用治具３０を示す模式図
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 メタライズ用治具 ３１ 円板状部 ３２ 接続パターン

Claims (3)

【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、前記貫通孔の台座の
   メタライズ層を形成する面側の開口部形状より大きな形
   状の円板状部と該円板状部の外周部から突出し円板状部
   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
   接続する接続パターンとからなる金属製のメタライズ用
   治具を、前記円板状部が貫通孔の開口部を塞ぐように設
   置した状態で、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】 前記接続パターンをループ状に形成した
   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。
3. 【請求項３】 請求項２記載のメタライズ用治具の製造
   方法であって、金属基板にレジストを塗布し、フォトリ
   ソグラフィ技術により、前記円板状部及び接続パターン
   を形成し、次に、該接続パターンをループ状に変形させ
   るようにしたことを特徴とするメタライズ用治具の製造
   方法。