JPS6097678A - 半導体構成部品を基板表面に設置する方法 - Google Patents

半導体構成部品を基板表面に設置する方法

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JPS6097678A
JPS6097678A JP59212411A JP21241184A JPS6097678A JP S6097678 A JPS6097678 A JP S6097678A JP 59212411 A JP59212411 A JP 59212411A JP 21241184 A JP21241184 A JP 21241184A JP S6097678 A JPS6097678 A JP S6097678A
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01L2924/351—Thermal stress

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、半導体構成部品を支持基板表面に設置する
方法、特にピエゾ抵抗効果半導体膜を備える圧力測定変
換器を半導体膜の機械的安定化をはかる支持基板表面に
構成する方法に関する。
〔従来の技術〕
ピエゾ抵抗効果による圧力センナは西独特許第２５４１
９４４号明細書に詳細に記載されている。この種のセン
サを金属又は合成樹脂の容器あるいは導管内に組込む際
には、部分的に極めて薄、い膜に機械的な応力が加わシ
膜が変形して誤つｆＣニー圧力信号が送シ出さることが
ないようにしたシあるいは通常の動作温度の変動に際し
て使用材料間の熱膨張の差に基いて内部応力が生じて同
様な現象が生じないように注意しなければならない。こ
の外にもセンサと容器の結合はできるだけ強固なものと
しなければならない。この結合は多くの場合接着剤によ
るが、この種の弾性結合又は延性結合ではヒステリシス
を示す測定値となる。更に直接のセンサ支持板の材料選
択が組立て又は結合操作によって限定されることなくセ
ンサの種類に応じて絶縁性、導電性又は化学的に耐性の
ある材料の間で適当なものを選択できることが望まれる
。
米国特許第３９１８　（１１９号、同第３３９７２７８
号お↓び西独国・特許出願公開第２９３８２４０号、同
第２９１３７７２号の各明細書にはシリコン圧力センサ
とガラス基板の間の固定結合方法が記載されている。こ
れらの陽極結合方式の欠点は゛最低２５０℃の温度と最
低５００ボルトの直流電圧を必要とすることであシ、更
にこれらの方法はシリコン半導体といくつかの電気絶縁
材料との間の結合だけを可能にするもので、例えば石英
ガラス又は半導体材料との結合は不可能である。両方の
部品に選ばれた材料（ここではシリコンとガラス）の熱
膨張係数がよく一致していても結合に必要な温度が高い
ため、僅かな熱膨張の差もセ／すの測定値に悪い影響を
与える。
西独国特許出願公開第２’９２６１５’４号明細書には
別の結合法が記載されている。この方法は予め金属析出
によって金属化されたセラミックと７リコンセンサを金
ろうによって結合するもので、この場合ろう付に際して
形成されるＡｕＳｉ共融合金層を介して金とシリコンが
接着する。この方法に限らず総てのシリコレと金属の共
融合金による結合方法は高い金属の溶融又は合金化に高
い温度を必要とするという欠点を持つ。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この発明の目的は、上記の陽極結合法および合金結合法
の欠点を除去して半導体構成部品を機械的ひずみ応力な
しに支持基板上に設置することを可能にすることである
。特にピエゾ抵抗効果半導体膜を備える圧力測定変換器
を半導体膜の機械的安定化をはかる支持板上に構成する
問題を解決することがこの発明の目的である。これによ
ってヒステリ７ス現象と温度変化による測定誤差を低減
させることができる。更に絶縁性あるいは非絶縁性部品
に対して異種の支持板材料（ガラス、シリコンその他の
半導体材料、金属）の使用が可能となる。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的を達成するためこの発明は特許請求の範囲の各
項に示されている方法を提案する。
この発明は、表面がガス又は湿気で飽和していない清浄
な金層を密接させると室温において外部から圧力の作用
なしに分離不能に溶接されるとの知見に基ぐものである
。この場合作用する結合力は分子凝集力として知られて
いる。この発明の展開においてはチタン又はクロム・ニ
ッケルの接着層（厚さ０５乃至５ｎｍ）に続いて金の層
（厚さ５乃至５００ｎｍ）を蒸着し１表面張力飽和現象
と汚損を避けるため両表面は真空室に入れたまま空気を
入れることなく互に接触させる。
この発明の方法によれば、シリコン・チップの熱膨張係
数に適合したガラスを支持板として選ぶかあるいは熱膨
張係数が等しいシリコン支持板を使用し両部分間の結合
を冷間溶接によって実施することによシ、極めて敏感な
センサ膜を支持板と結合する際熱的機械的ひずみ応力か
ら保譲することができる。
蒸着層の厚さが規定値を余り大きく越えないときは、室
温においての溶接は外からの圧力を必要とすることなく
行なわれる。これによって膜に機械的あるいは熱的応力
が発生することはない。絶対圧力センサの参照圧として
必要な全圧力センサの比較室内の真空は、工程段を付加
することなく真空中の溶接作業中保持することができる
。冷間溶接は基板材料をガラス、シリコン又はその他の
材料から自由に選定することを可能にす石が、アルミニ
ウム合金技術による従来公知の方法ではシリコンと支持
板材料としてのガラスへの陽極結合に限定される。これ
ら二つの公知方法は更に４００℃以上の温度においての
み遂行されるという欠点がある。
この発明の方法で採用されている１　０　Ｎ７ｃｍ２ま
での低い押し付は圧力は、薄い板をわずかに曲げること
によって結合表面の完全には避けられない非平坦性を打
消し、両方の金層を接合させるだけのものである。この
方法で作られた結合は永久的であって分離不可能である
。分断実験では常に結合された材料自体が破断された。
金属層を高真空蒸着する代りに陰極スパッタリングによ
って層を析出させることも可能である。
最近高周波とマグネトロン装置を使用することによって
改良されたスパッタリング法は真空中でも実施可能であ
シ、薄い層の形成にしばしば利用されている。
〔効果〕
上記の公知方法に比べてこの発明による方法の長所は次
の通シである。
（１）材料選択の自由性。シリコンセンサは絶縁性のガ
ラス支持板、熱膨張が完全に一致するシリコン支持板、
金属支持板のいずれにも溶接することができる。
（２）結合処理が室温で行なわれるから熱膨張特性が異
っていても結合に際して機械的の応力は発生しなＡ。セ
／すと支持板の間の熱膨張差の選定規準は完成後の動作
温度だけによって決まる。
（３）溶接結合に必要な金属層は温度変動に際して固有
の膨張力の作用で内部応ノＪを生ずることがないように
極めて薄く（５乃至５００ｎｍ）することができる。層
の蒸着に屍してもその溶接に際しても高い温度に加熱さ
れることがないから、／リコン半導体センサ内部への拡
散侵入による合金化又はドーピングの危険はない。
（４）金属層の蒸着とその溶接が高真空中で行なわれる
から、絶対圧センサの製作に際して参照真空室が必然的
に与えられる。金波、復層の接着基礎としてゲッタ物質
として作用するチタン補助層を選ぶことができるから、
参照真空室の高真空は長期間に亘って保証される。
（５）センサ表面の外に組立用の背面も多くの場合二酸
化ケイ素その他の保護ならびに表面安定化用の層で覆わ
れているが、これはこの発明による結合技術にとって欠
点ではない。陽極結合又は合金結合の形成に際してこれ
らの保護層は予め除去される（西独国特許出願公開第２
９１３７７２号の場合エツチングによる）かある鈷は別
のノ層を重ねなければならないから、この発明による結
合の場合はチタンまたはクロム・ニッケル・金層を直接
蒸着して問題なく溶接結合（６）　ろう、接着剤その他
の付着材を必要としない。
〔実施例〕
図面はＣの発明の方法に従って冷間溶接されたセンサの
断面を示す。図においてｌはシリコンで構成される圧力
センサ、２は支持板、３と３ａは接着層（Ｔｉ　；　Ｃ
ｒ）、４と４ａは金属層（Ａｕ　）＋５と５ａは差圧セ
ンナだけに設けられる貫通孔。
６は絶対圧センサだけに設けられる参照真空室。
７は容器、８は接続部を示している。
【図面の簡単な説明】
図はこの発明の方法に従って冷間溶接されたセンサの断
面図である。 ■・・・圧力センサ、２・・支持板、３，３ａ・・・接
着層、４，４ａ・・金属層、５，５ａ・・貫通孔、６・
・・参照真空室、７・・容器、８・・・接続部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ｌ）互に結合すべき表面を偏差が１μｍ以下の最適扁平
    度と凹凸が０１μｍ以下の最適平滑度を示すように研磨
    した後高真空中で接着層を蒸着し、続いて冷間溶接可能
    の金属層を蒸着し、真空室に入れたまま空気を入れるこ
    となく互に接触させ、はとんど無圧力で冷間溶接するこ
    とを特徴とする支持基板表面に半導体構成部品を設置す
    る方法。 ２）接着層にチタン又はクロム・ニッケルカ使用される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）冷間溶接可能の金属層に金、銀、銅又は白金が使用
    されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
    法。 ４）厚さが５乃至５００ｎｍの金層が使用されることを
    特徴とする特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５）高真空蒸着の代シに陰極スパッタリングによって層
    形成が行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項乃至第４項のいずれかに記載の方法。 ６）例えば圧力測定変換器に対する支持基板がシリコン
    又は熱膨張に関してシリコンに適合するガラスから成る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
JP59212411A 1983-10-12 1984-10-09 半導体構成部品を基板表面に設置する方法 Pending JPS6097678A (ja)

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EP0142692A1 (de) 1985-05-29
DE3472332D1 (en) 1988-07-28
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