JPS6146078A - 半導体圧力センサ−の製法 - Google Patents

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］ 本発明は半導体圧力センサーの製法に関し、特に、ダイ
ヤフラム型半導体圧力センサーの製法に関する。

［従来の技術とその問題点コ 圧力センサーの１種としてダイヤフラム型半導体圧力セ
ンサーが知られている。第２図は典型的なダイヤフラム
型半導体圧力センサーの一例を示す。感圧素子を構成す
る半導体基板、例えばＮ型シリコン基板２１はその表面
に例えばＰ型拡散層からなる抵抗値の等しいゲージ抵抗
層（ピエゾ抵抗素子）を４つ備え、これらはホイートス
トーンブリッジを形成している。シリコン基板２１の裏
面は薄肉化されてダイヤフラム２２が形成されており、
導圧管２３から圧が導入されるとダイヤフラム２２が歪
むため、ゲージ抵抗の抵抗値が変化する。このとき、ブ
リッジに定電圧または定電流を印加してお番ブば加えら
れた圧力に応じてブリッジの不平Ｉｆ圧がセンサー出力
として検出される。

この種の圧力レンサーにおいては、感圧素子である半導
体基板２１の肉厚部分が台座２４にはんだ付けされる。

感圧素子２１を台座２４にはんだ付けるためには肉厚部
分の裏面をメタライズする金属層を設ける必要があるが
、従来の製法では、２ｒ導体基板の裏面をエツチングし
てダイヤフラムを形成した後に所定部分のメタライズを
行っていた。この場合、ダイヤフラムを形成した半導体
基板の裏面に金属を蒸着し、裏面にフォトレジストを塗
布し、マスク合せ等を行って不要部の蒸着金属を除去す
るという特殊な操作が必要で、しかも製造ブ０セスが煩
雑であるため生産性が著しく低かった。

また、化学エツチング法により半導体基板をエツチング
してダイヤスラムを形成するには、エツチング液として
アルカリ（Ｋ　ＯＨ’）水溶液が用いられているが、こ
のときのマスク材料としては二酸化シリコン（Ｓ　ｉ　
０２　）　Ｆ＋’Ａと窒化シリコン（Ｓｉ　　Ｎ　　あ
るいはＳｉ　ＸＮ、）膜が知られている。アルカリ中で
は窒化シリコンの方が酸化シリコンに比ベエツヂング速
度が格段に遅いのでマスク材料としては窒化シリコン膜
が１交れている。

しかし、従来、エツチングマスクとしての窒化シリコン
膜は高１ｆｆｌ（８００℃程度）において気相成長法に
より形成されていたため、シリコン等の半導体基板と窒
化シリコンとの熱膨張係数の差に起因する窒化シリコン
膜の残留応力が大きくなり、その結果、シリコン基板の
そりが大きくなって感圧素子としての特性が悪影響を受
けたり、窒化シリコン膜にクラックが生じ易いなどの難
点があった。そのため得られた窒化シリコン膜をそのま
まエツチングマスクとして使用するのは問題があった。

また、窒化シリコン膜にはピンホールが生ずるが、その
点でも上記の膜はそのままではエツチングマスクとして
は問題があった。エツチングマスクとしては問題があっ
た。

さらに、従来の製法では、感圧素子のメタライズした肉
厚部分を台座にはんだ付けするのにベレット状のはんだ
を用いて行っていたが、はんだ層が厚くなり易く、しか
もその厚さのバラツ片が大きいために得られる圧力セン
サーの温度特性が良好でないという欠点があった。

そこで本発明の目的は、ダイヤフラム型半導体圧力セン
サーの簡便な製法であって、感圧素子特性を損わず、か
つクラックのない窒化シリコン膜を形成でき、さらに該
窒化シリコン膜を特定全屈によりメタライズすることに
よりエツチングマスクとしても、感圧素子を台座へはん
だ付けする手段としても好適な金属層の線形酸を実現で
°ぎる方法を提供することにある。本発明の別の目的は
、薄くて均一な厚さを有するはんだ層を設けることがで
きるダイヤフラム型半導体圧力センサーの製法を提供す
ることにあり、それにより圧力センサーの温度特性を改
良することである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によると、半導体基板の表面にゲージ抵抗層を形
成し、裏面をエツチングすることによりダイヤフラムを
形成する工程を有するダイヤフラム型半導体圧力センサ
ーの製法であって、（Ａ）　　半導体基板の裏面にプラ
ズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する工程と、
（８）　　前記窒化シリコン膜の上にチタン、ニッケル
および金の蒸着膜をこの順序で形成する工程と、 （Ｃ）　　半導体基板の裏面に形成された、窒化シリコ
ン／チタン／ニッケル／金からなる四重層にダイヤフラ
ムパターンを形成する工程と、（Ｄ）　　前記パターン
形成した四ｆ４１ｉをエツチングマスクとして化学エツ
チング法によりダイヤフラムを形成する工程とを具備し
、前記チタン／ニッケル／金の金属層を台座へのはんだ
付けに利用することを特徴とする圧力センサーの製法が
提供される。

また、本発明によると、さらに、前述の（Ａ）〜（Ｄ）
の工程を具備する手心体圧力センサーの製法であって、
（Ｄ）工程の後に、 （Ｅ）　　前記四重層の上に、台座との接着に利用する
はんだ層を電気メッキ法により形成する工程と、 を具備する製法も提供される。

［実施例］ 次に、第１図に即して本発明の一実施例を説明する。第
１図において（ａ）→（ｂ）の各図に製造プロセスの順
序にしたがった各工程を表す。

第１に、第１図（ａ）において、半導体基板例えばｎ型
シリコン基板１の表面にホウ素を拡散させてゲージ抵抗
２を形成し、一方シリコン基板１の裏面にはプラズマＣ
ＶＤ法によって窒化シリコン膜３を成長させる。次に、
該窒化シリコン膜の上に、Ｔｉ、ＮｉおよびＡＵの各蒸
着層４，５および６をこの順序で形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、窒化シリコン／Ａｕ
　／Ｎ＋　／Ｔｉの四ｆｆ１ｌ１９をフォトエツチング
法によりダイヤフラムパターンに応じてエツチングし、
パターンを形成する。

第３の工程として、第１図（Ｃ）に示すように、化学エ
ツチング法で裏面をエツチングしてダイヤフラム７を形
成する。

このにうに作製した感圧素子は、肉厚部８に設けられて
いるＡＵ　／Ｎｉ　／Ｔｉの金属層を従来のごとくベレ
ット状のはんだを用いて台座に接着することができるし
、好ましくは次のように電気メッキによってはんだ層を
形成する。

ずなわら、第１図１）に示すようすに、電気メッキ法に
よって窒化シリコン／Ｔｉ　／Ｎｉ　／ＡＬ＋の四重膜
の上にはんだ層９を形成する。こうして形成されるはん
だ層９は均一な厚さを有し、しかも薄い層として形成す
ることができ、次工程で台座へのはんだ付けに利用され
る。

［発明の効果］ 本発明の製法は、半導体基板の裏面にダイヤフラムパタ
ーン状に窒化シリコン／チタン／ニッケル／金の四重層
を形成した（Ａ−Ｃ）Ｉに、これをエツチングマスクと
してダイヤフラムを形成するものであるため、製造プロ
セスが簡略化されており、生産性向上への寄与は大ぎい
。また、エツチングマスクの基層となる窒化シリコン層
はプラズマＣＶＤ法により形成されるので形成時の温度
が比較的低温（約３００℃）であるため形成される窒化
シリコン層の残留応力は小さい。そのため感圧素子特性
がこの残留応力に影響されることはほとんどないので素
子特性が向上する。また、窒化シリコン層にはクラック
が生じ難いのでエツチングマスク材としての性能が高ま
る。また、形成された窒化シリコン層がたとえピンホー
ルを有し　′ていてもこの層はメタライズされて、前記
四ｉＲＩｉＭとしてマスクの働きをするため、ピンホー
ルは何ら悪影響を及ぼさない。また、メタライズに用い
られたチタン／ニッケル／金の３層のうちチタンは活性
が高いために窒化シリコン層に強固に結合して一体化す
る作用あり、金はニッケルのはんだに対するなじみを高
めてはんだ付けを容易にする１仙きがある。その結果、
本発明の製法に形成される窒化シリコン／チタン／ニッ
ケル／金からなる四重層は、化学エツチングに対ダるマ
スク材として優れていると同時に、半導体基板と強固に
一体化していて、しかもはんだ付【プに極めて好適なも
のとなっている。

また゛電気メッキによりはんだ層を形成することにより
はんだ層を薄く、かつ均一な厚さで形成でき、センサー
の温度特性が向上し、従来はんだ居の厚さのバラツキに
起因していた特性のバラツキを低減できる。なお、はん
だ層の厚さの制御は電気メッキの時間、電流を変えるこ
とで容易に行うことができる上、コストの点でもペレッ
ト状のはんだを用いる場合より有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の製法を工程順に説明する図で、（ａ
）〜（ｄ）の各図は縦断面を示ず。 第２図は、ダイヤフラム型圧力センサーの一例を示す断
面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の表面にゲージ抵抗層を形成し、裏面
   をエッチングすることによりダイヤフラムを形成する工
   程を有するダイヤフラム型半導体圧力センサーの製法で
   あって、 （Ａ）半導体基板の裏面にプラズマＣＶＤ法により窒化
   シリコン膜を形成する工程と、 （Ｂ）前記窒化シリコン膜の上にチタン、ニッケルおよ
   び金の蒸着膜をこの順序で形成する工程と、 （Ｃ）半導体基板の裏面に形成された、窒化シリコン／
   チタン／ニッケル／金からなる四重層にダイヤフラムパ
   ターンを形成する工程と、 （Ｄ）前記パターン形成した四重層をエッチングマスク
   として化学エッチング法によりダイヤフラムを形成する
   工程とを具備し、前記チタン／ニッケル／金の金属層を
   台座へのはんだ付けに利用することを特徴とする半導体
   圧力センサーの製法。（２）半導体基板の表面にゲージ
   抵抗層を形成し、裏面をエッチングすることによりダイ
   ヤフラムを形成する工程を有するダイヤフラム型半導体
   圧力センサーの製法であって、 （Ａ）半導体基板の裏面にプラズマＣＶＤ法により窒化
   シリコン膜を形成する工程と、 （Ｂ）前記窒化シリコン膜の上にチタン、ニッケルおよ
   び金の蒸着膜をこの順序で形成する工程と、 （Ｃ）半導体基板の裏面に形成された、窒化シリコン／
   チタン／ニッケル／金からなる四重層にダイヤフラムパ
   ターンを形成する工程と、 （Ｄ）前記パターン形成した四重層をエッチングマスク
   として化学エッチング法によりダイヤフラムを形成する
   工程と、 （Ｅ）前記四重層の上に、台座との接着に利用するはん
   だ層を電気メッキ法により形成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体圧力センサーの製法
   。