JPS62147781A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサの製造方法Info
- Publication number
- JPS62147781A JPS62147781A JP28906385A JP28906385A JPS62147781A JP S62147781 A JPS62147781 A JP S62147781A JP 28906385 A JP28906385 A JP 28906385A JP 28906385 A JP28906385 A JP 28906385A JP S62147781 A JPS62147781 A JP S62147781A
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- JP
- Japan
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- thin film
- diaphragm
- diamond thin
- pressure sensor
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力
センサ特にカテーテルの先端に実装可能な超小型の半導
体圧力センサの製造方法に関する６、従来技術とその問
題点 医療分野において、ＩＣＵ（集中処理室）などにいる重
症患者の体内に挿入して、心臓内や血管内の局所部位の
血圧を精密に測定するｋめのカテーテル先端型血圧セン
サが最近注目されている。
センサ特にカテーテルの先端に実装可能な超小型の半導
体圧力センサの製造方法に関する６、従来技術とその問
題点 医療分野において、ＩＣＵ（集中処理室）などにいる重
症患者の体内に挿入して、心臓内や血管内の局所部位の
血圧を精密に測定するｋめのカテーテル先端型血圧セン
サが最近注目されている。
この血圧センサには高度に発達した半導体集積回路製造
技術を利用して製造できるシリコン・ダイアフラム型圧
力センサが用いられる。このセンサは ■小型軽量 ■
高精度 ■大量生産可能とディスポーザブル（使い捨て
）化が期待されているカテーテル先端型血圧センサに応
用するのに適した数多くの利点を有しているが、唯一点
生体適合性に欠けるという欠点を持つ。
技術を利用して製造できるシリコン・ダイアフラム型圧
力センサが用いられる。このセンサは ■小型軽量 ■
高精度 ■大量生産可能とディスポーザブル（使い捨て
）化が期待されているカテーテル先端型血圧センサに応
用するのに適した数多くの利点を有しているが、唯一点
生体適合性に欠けるという欠点を持つ。
すなわち、従来よく用いられる圧力センサの表面は、一
般に血液からのイオンの進入を防ぎ絶縁性ｋ Ｖ（１保
するｋめに５ｉｎ２膜やＳｉＮ膜のパッシベーション膜
に−より覆われている。これらの膜は、通常の半導体集
積回路の製造において頻繁に用いられているため、その
形成技術はほぼ確立しており量産可能である。
般に血液からのイオンの進入を防ぎ絶縁性ｋ Ｖ（１保
するｋめに５ｉｎ２膜やＳｉＮ膜のパッシベーション膜
に−より覆われている。これらの膜は、通常の半導体集
積回路の製造において頻繁に用いられているため、その
形成技術はほぼ確立しており量産可能である。
ところが、これらの膜と直接血液に接触させると膜表面
において血液の凝固が起こり（以後血栓と称する）危険
であるため、医用シリコンゴムやウレタン系樹脂でコー
ティングしなくてはならない。そして、このコーティン
グ技術は確立された技術ではなくその膜厚の絶対値及び
均一性を管理することは困難である。しかし、コーテイ
ング膜の材質が柔らかすぎたり、膜が厚すぎたりしたと
きには、圧力変動に対する応答速度が著しく遅くなり、
カテーテル先端型とすることにより解決したチューブの
コンプライアンスと血液の慣性・粘性による血圧波形の
歪とは別の意味の血圧波形の歪が生じることとなって、
カテーテル先端型の利点が充分に生されないことになる
。
において血液の凝固が起こり（以後血栓と称する）危険
であるため、医用シリコンゴムやウレタン系樹脂でコー
ティングしなくてはならない。そして、このコーティン
グ技術は確立された技術ではなくその膜厚の絶対値及び
均一性を管理することは困難である。しかし、コーテイ
ング膜の材質が柔らかすぎたり、膜が厚すぎたりしたと
きには、圧力変動に対する応答速度が著しく遅くなり、
カテーテル先端型とすることにより解決したチューブの
コンプライアンスと血液の慣性・粘性による血圧波形の
歪とは別の意味の血圧波形の歪が生じることとなって、
カテーテル先端型の利点が充分に生されないことになる
。
このため、第３図に示す様に、ダイアモンド薄膜により
絶縁性及び抗血栓性等の生体適合性と獲得する半導体圧
力センサが提案されている。（ａ）図がセンサチップの
表面構成図、（ｂ）図はセンサチップ長手方向のダイア
フラム部を含む断面図、同じ＜（ｃ）図はこれと直交す
る方向のダイアフラム部？含む断面図である。この圧力
センサは、ｎ型ンリコン単結晶を基板として用い、１．
５ Ｘ ４＝、Ｏｍｍの大きさで厚さ０．４ ｍｍのセ
ンサチップ本体（１）に０．５Ｘ１．５ｍｍの大きさで
厚さ１５μｍのダイアフラム（２）ト設けこのダイアフ
ラム上に３５℃で２にΩとなるピエゾ抵抗（３）を４個
形成して、これらを拡散リード部（４）により電気的に
接続してブリッジとなし、入出力はＡｌバッド（５）ト
介して行えるように、この部分だけが被覆されないよう
にして他の全表面にダイアモンド薄膜（６）で被覆しで
ある。このときダイアモンド薄膜の厚さは３０００人で
ある。
絶縁性及び抗血栓性等の生体適合性と獲得する半導体圧
力センサが提案されている。（ａ）図がセンサチップの
表面構成図、（ｂ）図はセンサチップ長手方向のダイア
フラム部を含む断面図、同じ＜（ｃ）図はこれと直交す
る方向のダイアフラム部？含む断面図である。この圧力
センサは、ｎ型ンリコン単結晶を基板として用い、１．
５ Ｘ ４＝、Ｏｍｍの大きさで厚さ０．４ ｍｍのセ
ンサチップ本体（１）に０．５Ｘ１．５ｍｍの大きさで
厚さ１５μｍのダイアフラム（２）ト設けこのダイアフ
ラム上に３５℃で２にΩとなるピエゾ抵抗（３）を４個
形成して、これらを拡散リード部（４）により電気的に
接続してブリッジとなし、入出力はＡｌバッド（５）ト
介して行えるように、この部分だけが被覆されないよう
にして他の全表面にダイアモンド薄膜（６）で被覆しで
ある。このときダイアモンド薄膜の厚さは３０００人で
ある。
これは、抗血栓性という意味では、シリコンゴムやガラ
スと比較すると格段によく、抗血栓性に優れた医用材料
として定評のあるセグメント（ヒポリウレタンと比較し
てもほぼ同等であり、絶縁性も充分に高く、非常に高い
生体適合性と有する。
スと比較すると格段によく、抗血栓性に優れた医用材料
として定評のあるセグメント（ヒポリウレタンと比較し
てもほぼ同等であり、絶縁性も充分に高く、非常に高い
生体適合性と有する。
また０ｇプラズマでエツチングされるためフォトリソグ
ラフィーを利用した高精度のパタニングが可能である。
ラフィーを利用した高精度のパタニングが可能である。
現に第３図に示す例では、一旦チツブ表面全体にダイア
モンド薄膜を形成した後、Ｍバッド上のダイアモンド薄
膜のみを除去している。
モンド薄膜を形成した後、Ｍバッド上のダイアモンド薄
膜のみを除去している。
しかし、このことは逆に言うと、ダイアモンド薄膜を形
成する工程以外に ■レジスト塗布 ■パタニング ■プラズマエツチング ■レジスト除去 という４工程が必要となる上に、独自のフォトリソグラ
フィー用のマスクが１種類必要となることを意味してい
る。従ってカテーテル先端型血圧センサの使い捨て化へ
の最大の課題である低価格に対しては逆効果となってい
る。
成する工程以外に ■レジスト塗布 ■パタニング ■プラズマエツチング ■レジスト除去 という４工程が必要となる上に、独自のフォトリソグラ
フィー用のマスクが１種類必要となることを意味してい
る。従ってカテーテル先端型血圧センサの使い捨て化へ
の最大の課題である低価格に対しては逆効果となってい
る。
発明の目的
本発明はカテーテルの先端に実装して生体内での血圧等
の直接測定に利用できる程度の高い生体適合性を有し、
かつ圧力応答速度が充分に速い半導体圧力センサを低価
格で製造できる方法を提案することと目的とする。
の直接測定に利用できる程度の高い生体適合性を有し、
かつ圧力応答速度が充分に速い半導体圧力センサを低価
格で製造できる方法を提案することと目的とする。
問題点を解決するための手段
本発明では、従来技術のように半導体圧力センサのチッ
プ本体の製造工程とカテーテル先端への実装工程を各々
独自のものとして捕えるのではなく、連続した工程とし
て捕えることにより工部数を必要最小限に抑えている。
プ本体の製造工程とカテーテル先端への実装工程を各々
独自のものとして捕えるのではなく、連続した工程とし
て捕えることにより工部数を必要最小限に抑えている。
即ち半導体圧力センサチップの製造工程において、ダイ
アモンド薄膜でチップ表面を被覆することに必要な工程
は大別すると （１）ダイアモンド薄膜形成工程 （１１）ダイアモンド薄膜バクニング工程の２工程であ
る。このうち（１）形成工程は、本質的に必要な工程で
ある。一方、（１１）パタニング工程も従来技術の如く
チップ製造工程と実装工程分独自のものと考えればチッ
プ製造工程内に必須である。
アモンド薄膜でチップ表面を被覆することに必要な工程
は大別すると （１）ダイアモンド薄膜形成工程 （１１）ダイアモンド薄膜バクニング工程の２工程であ
る。このうち（１）形成工程は、本質的に必要な工程で
ある。一方、（１１）パタニング工程も従来技術の如く
チップ製造工程と実装工程分独自のものと考えればチッ
プ製造工程内に必須である。
しかし、パタニングの目的は実装工程においてＡｅパッ
ドにワイヤーボンディングによりＡｕあるいはＡ４等の
リードワイヤーを接続するための領域／！′確保するこ
とにある。従って、池のｆｉｉＪらかの方法によりワイ
ヤー・ボンディングの領域がＥ（ｔ ＩＥ、されていれ
ばパタニングは不必要となる。その最も簡便かつ確実な
方法がダイアモンド薄膜形成前にリード・ワイヤーのボ
ンディングを終えてお・くことである。
ドにワイヤーボンディングによりＡｕあるいはＡ４等の
リードワイヤーを接続するための領域／！′確保するこ
とにある。従って、池のｆｉｉＪらかの方法によりワイ
ヤー・ボンディングの領域がＥ（ｔ ＩＥ、されていれ
ばパタニングは不必要となる。その最も簡便かつ確実な
方法がダイアモンド薄膜形成前にリード・ワイヤーのボ
ンディングを終えてお・くことである。
このことにより、ダイアモンド薄膜のパタニング工程を
経なくても、チップ表面をダイアモンド薄膜で被覆した
センサからリードが取り出せることとなり、この種のセ
ンサの製造工程が短縮され低価格化が実現できる。
経なくても、チップ表面をダイアモンド薄膜で被覆した
センサからリードが取り出せることとなり、この種のセ
ンサの製造工程が短縮され低価格化が実現できる。
作用及び実施例
以下本発明を具体的実施例に基づいて説明する。
第１図は、本発明の方法により製造したセンサチップ表
面にダイアモンド薄膜を被覆した半導体圧力センサの構
造に示す図で、（ａ）図はセンサチップの表面構成図、
（ｂ）図はセンサチップ長手方向のダイアフラム部を含
む断面図、同じ＜（Ｃ）図はこれと直交する方向のダイ
アフラム部を含む断面図である。
面にダイアモンド薄膜を被覆した半導体圧力センサの構
造に示す図で、（ａ）図はセンサチップの表面構成図、
（ｂ）図はセンサチップ長手方向のダイアフラム部を含
む断面図、同じ＜（Ｃ）図はこれと直交する方向のダイ
アフラム部を含む断面図である。
本実施例では、第８図に示す従来技術による半導体圧力
センサと同様に、ｎ型シリコン単結晶を基板として用い
１．５ Ｘ ４．Ｏｍｍの大きさで厚さ０．４ｍｍのセ
ンサチップ本体（１）に０゜５Ｘ１．５ｍｍの大きさで
厚さ１５μｍのダイアフラム（２）を設け、このダイア
フラム上に３５℃で２にΩ となるピエゾ抵抗（３）’
ｔ−４個形成して、これらを拡散リード部（４）により
電気的に接続してブリッジとなし、入出力はＡＩパッド
（５）にＡｕ線のリード・ワイヤー（９）をボンディン
グして行える様にした後、このボンディング・ワイヤー
（９）も含めてチップ全体とダイアモンド薄膜で被って
いる。
センサと同様に、ｎ型シリコン単結晶を基板として用い
１．５ Ｘ ４．Ｏｍｍの大きさで厚さ０．４ｍｍのセ
ンサチップ本体（１）に０゜５Ｘ１．５ｍｍの大きさで
厚さ１５μｍのダイアフラム（２）を設け、このダイア
フラム上に３５℃で２にΩ となるピエゾ抵抗（３）’
ｔ−４個形成して、これらを拡散リード部（４）により
電気的に接続してブリッジとなし、入出力はＡＩパッド
（５）にＡｕ線のリード・ワイヤー（９）をボンディン
グして行える様にした後、このボンディング・ワイヤー
（９）も含めてチップ全体とダイアモンド薄膜で被って
いる。
このダイアモンド薄膜は、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃａｂｓ
。
。
Ｃ４ＨＩＯ等の炭化水素ガスを用いてプラズマＣＶＤに
より形成するのが最適である。このとき形成される膜は
、完全なダイアモンド結晶とは言えないものの、はぼ等
しい特性を持っており、形成条件も高々１００℃という
温度上昇で１５００から２０００ Ａ４］のレートでほ
ぼ均一に形成できる。また段差被覆性もよく、この実施
例におけるセンサチップは第３図の従来技術によるセン
サチップに比べてスクライプ後に被覆するためチップの
側面もダイアモンド薄膜で被われており絶縁性に優れて
いるという副次的な効果もある。
より形成するのが最適である。このとき形成される膜は
、完全なダイアモンド結晶とは言えないものの、はぼ等
しい特性を持っており、形成条件も高々１００℃という
温度上昇で１５００から２０００ Ａ４］のレートでほ
ぼ均一に形成できる。また段差被覆性もよく、この実施
例におけるセンサチップは第３図の従来技術によるセン
サチップに比べてスクライプ後に被覆するためチップの
側面もダイアモンド薄膜で被われており絶縁性に優れて
いるという副次的な効果もある。
このセンサをカテーテルの先端に実装した血圧センサの
一例全第２図に示す。（、）図がその断面構造図で、（
ｂ）図が平面模式図である。
一例全第２図に示す。（、）図がその断面構造図で、（
ｂ）図が平面模式図である。
このようなカテーテルは直径が１．０〜２．４Ｍ程度の
非常に細長いものでシリコン・ダイアフラム型の圧力セ
ンサチップ（１）がセラミック基板（７）上に固定され
感圧部たるダイアフラム（２）には上部から被測定圧た
る血圧が加わり、下部は空気孔（２）からナイロン製な
どの伝導用チューブｏ３を介して大気圧に開放されてい
る。電気的にはチップ（１）上の金属パッドとボンディ
ングワイヤー（９）によりセラミック基板上の金属配線
（８）とが接続されさらにハンダ付けされたリード線α
υにより外部のモニタとつながっている。またボンディ
ングワイヤーなど切断等の破損が心配な部分は硬質性樹
脂α０、例えばエポキシ樹脂によって補強され、他の部
分は適切な軟度を持たせるために軟質性樹脂α０例えば
ウレタン樹脂により形成されている。さらに採血及び心
拍出量の測定等に用いるルーメンａυと呼ばれる穴とそ
れに付属するポリエチレン製などのチューブａ→があり
センサチップ（１）のダイアフラム部（２）の上を除く
カテーテルの外壁αηはウレタン系樹脂で被覆されてい
る。
非常に細長いものでシリコン・ダイアフラム型の圧力セ
ンサチップ（１）がセラミック基板（７）上に固定され
感圧部たるダイアフラム（２）には上部から被測定圧た
る血圧が加わり、下部は空気孔（２）からナイロン製な
どの伝導用チューブｏ３を介して大気圧に開放されてい
る。電気的にはチップ（１）上の金属パッドとボンディ
ングワイヤー（９）によりセラミック基板上の金属配線
（８）とが接続されさらにハンダ付けされたリード線α
υにより外部のモニタとつながっている。またボンディ
ングワイヤーなど切断等の破損が心配な部分は硬質性樹
脂α０、例えばエポキシ樹脂によって補強され、他の部
分は適切な軟度を持たせるために軟質性樹脂α０例えば
ウレタン樹脂により形成されている。さらに採血及び心
拍出量の測定等に用いるルーメンａυと呼ばれる穴とそ
れに付属するポリエチレン製などのチューブａ→があり
センサチップ（１）のダイアフラム部（２）の上を除く
カテーテルの外壁αηはウレタン系樹脂で被覆されてい
る。
このようなカテーテル先端型血圧センサの製造工程では
、圧力センサチップ（１）を製造後ダイアモンド被覆を
しない状態でセラミック基板（７）にガラス接合、 Ａ
ｕ−５ｉ共晶等によりダイボンディングし、チップ（１
）上のＭパッド（５）とセラミック基板（ハエの金属配
線（８）との間をＡｕあるいはＡｎ線（９）でワイヤ・
ボンディングして、さらに、リードｒｆＡ （ｌυ？金
属配線）反対端にハンダ付、ｊ’シた段階でプラズマＣ
ＶＤ Ｋよりダイアモンド薄膜全ダイアフラム部（２）
上で３０００人となるように被覆する。その後他の部分
と結合してカテーテルとして完成される。
、圧力センサチップ（１）を製造後ダイアモンド被覆を
しない状態でセラミック基板（７）にガラス接合、 Ａ
ｕ−５ｉ共晶等によりダイボンディングし、チップ（１
）上のＭパッド（５）とセラミック基板（ハエの金属配
線（８）との間をＡｕあるいはＡｎ線（９）でワイヤ・
ボンディングして、さらに、リードｒｆＡ （ｌυ？金
属配線）反対端にハンダ付、ｊ’シた段階でプラズマＣ
ＶＤ Ｋよりダイアモンド薄膜全ダイアフラム部（２）
上で３０００人となるように被覆する。その後他の部分
と結合してカテーテルとして完成される。
発明の効果
本発明により、従来技術と同等もしくはそれ以上の圧力
センサが■レジスト塗布■パタニング■プラズマエツチ
ング ■レジスト除去の４１工程とフォトリソグラフィ
ー用のフォトマスクが１枚少なくても製造できるように
なり、圧力センサの低価格化、ひいてはカテーテル先端
型血圧センサのディスポーザブル化・実用化が促進され
る。
センサが■レジスト塗布■パタニング■プラズマエツチ
ング ■レジスト除去の４１工程とフォトリソグラフィ
ー用のフォトマスクが１枚少なくても製造できるように
なり、圧力センサの低価格化、ひいてはカテーテル先端
型血圧センサのディスポーザブル化・実用化が促進され
る。
第１図は、本発明の方法により製造したセンサチップ表
面にダイアモンド薄膜を被覆した半導体圧力センサの構
造を示す図で、（、）図はセンサチップの表面構成図、
（ｂ）図はセンサチップ長手方向のダイアプラム部を含
む断面図、同じ＜（ｃ）図はこれと直交する方向のダイ
アプラム部を含む断面図である。 第２図は、本発明及び従来技術による半導体圧力セレサ
をカテーテルの先端に装着した血圧センサの構造を示す
図で、（、）図は断面図、（ｂ）図は平面模式図である
。 第３図は、従来技術による半導体圧力センサの構造を示
す図で、第１図と同じ＜ 、（ａ）図は表面構成図、（
ｂ）図は長手方向断面図、（Ｃ）図はこれと直交方向の
断面図である。 １、センサチップ本体 ２、ダイアフラム部 ３、ピエゾ抵抗 ４、拡散リード部 ５、 Ａｌパッド ６、ダイアモンド薄膜 ７、セラミック基板 ８、金属配線 ９、ボンディング・ワイヤー １０、硬質性樹脂 １１、 リード線 １２、空気孔 １３、大気圧伝達用チー−ブ １４、ルーメン用チューブ １５、ルーメン １６、軟質性樹脂 １７、カテーテル外壁 ＋１”７’き、 代理人 弁理士 上 代 哲 司 、′、。 ゛２５．ノ
面にダイアモンド薄膜を被覆した半導体圧力センサの構
造を示す図で、（、）図はセンサチップの表面構成図、
（ｂ）図はセンサチップ長手方向のダイアプラム部を含
む断面図、同じ＜（ｃ）図はこれと直交する方向のダイ
アプラム部を含む断面図である。 第２図は、本発明及び従来技術による半導体圧力セレサ
をカテーテルの先端に装着した血圧センサの構造を示す
図で、（、）図は断面図、（ｂ）図は平面模式図である
。 第３図は、従来技術による半導体圧力センサの構造を示
す図で、第１図と同じ＜ 、（ａ）図は表面構成図、（
ｂ）図は長手方向断面図、（Ｃ）図はこれと直交方向の
断面図である。 １、センサチップ本体 ２、ダイアフラム部 ３、ピエゾ抵抗 ４、拡散リード部 ５、 Ａｌパッド ６、ダイアモンド薄膜 ７、セラミック基板 ８、金属配線 ９、ボンディング・ワイヤー １０、硬質性樹脂 １１、 リード線 １２、空気孔 １３、大気圧伝達用チー−ブ １４、ルーメン用チューブ １５、ルーメン １６、軟質性樹脂 １７、カテーテル外壁 ＋１”７’き、 代理人 弁理士 上 代 哲 司 、′、。 ゛２５．ノ
Claims (2)
- （１）半導体基板にダイアフラム部を形成し、該ダイア
フラム部上に受圧素子たるピエゾ抵抗部を設けかつ該ダ
イアフラム部を含む被測定雰囲気に接続する可能性のあ
る部分の最表面をダイアモンド薄膜により被覆してなる
半導体圧力センサの製造方法において上記ダイアモンド
薄膜を形成する工程が少なくとも電気的な入出力を行な
うためのリードワイヤーをボンディングする工程よりも
後にあることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法
。 - （２）上記ダイアモンド薄膜の形成方法がプラズマＣＶ
Ｄであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
半導体圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28906385A JPS62147781A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28906385A JPS62147781A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62147781A true JPS62147781A (ja) | 1987-07-01 |
Family
ID=17738341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28906385A Pending JPS62147781A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62147781A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5453628A (en) * | 1994-10-12 | 1995-09-26 | Kobe Steel Usa, Inc. | Microelectronic diamond capacitive transducer |
| US5955659A (en) * | 1998-01-13 | 1999-09-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrostatically-actuated structures for fluid property measurements and related methods |
-
1985
- 1985-12-20 JP JP28906385A patent/JPS62147781A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5453628A (en) * | 1994-10-12 | 1995-09-26 | Kobe Steel Usa, Inc. | Microelectronic diamond capacitive transducer |
| US5955659A (en) * | 1998-01-13 | 1999-09-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Electrostatically-actuated structures for fluid property measurements and related methods |
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