KR101197913B1

KR101197913B1 - 압력 센서 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101197913B1
Application number: KR1020100064785A
Authority: KR
Inventors: 히로후미 도조
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-11-05
Also published as: US8220338B2; JP2011013178A; US20110000304A1; KR20110004317A; CN101943622A

Abstract

특성 불량의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 압력 센서 및 제조 방법을 제공한다. 차압용 다이어프램(4)을 포함하는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 아래쪽에 설치되는 유리 대좌(18)를 포함하며, 반도체 기판(10)의 하면과 유리 대좌(18)의 상면이 접합되고, 유리 대좌(18)에는, 유리 대좌(18)의 상하면에 걸쳐 유리 대좌(18)를 관통하도록 압력 도입 구멍(18A)이 형성되어 있고, 압력 도입 구멍(18A)은, 유리 대좌의 하면에서의 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경으로 유리 대좌(18)의 하면으로부터 제1 위치까지 형성되어 있고, 유리 대좌(18)의 상면에서의 압력 도입 구멍(18A)의 제2 구멍 직경은, 제1 구멍 직경보다 크고, 유리 대좌의 하면에는 금속 박막층이 형성되어 있다.

Description

압력 센서 및 제조 방법{PRESSURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 압력 센서 및 제조 방법에 관한 것으로, 특히 다이어프램을 갖는 압력 센서 및 그 압력 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체의 피에조 저항 효과를 이용한 압력 센서가, 소형, 경량, 고감도이기 때문에, 공업 계측, 의료 등의 분야에서 널리 이용되고 있다. 이러한 압력 센서는, 다이어프램부를 포함하는 반도체 기판과, 압력 도입 구멍이 형성된 유리 대좌(臺座)와, 금속 베이스(스템)를 포함하고 있다. 그리고, 반도체 기판은, 유리 대좌의 상면과 양극 접합법을 이용하여 접합되어 있다. 또, 유리 대좌의 하면과 금속 베이스가 땜납에 의해 접합되어 있다.

땜납은, 유리와의 습윤성이 좋지 않기 때문에, 통상 유리 대좌의 하면에는 금속 박막층(메탈라이즈층)이 형성된다. 금속 박막층은, 증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 유리 대좌의 하면에 형성된다. 유리 대좌의 압력 도입 구멍의 구멍 직경은, 유리 대좌의 상하면에 걸쳐 대략 동일하게 되어 있기 때문에, 금속 박막층의 형성시에, 그 압력 도입 구멍의 측벽에도 금속 박막이 형성된다. 그 때문에, 땜납이, 압력 도입 구멍의 측벽의 금속 박막이 형성된 부분으로도 누출된다. 바꾸어 말하면, 땜납이, 압력 도입 구멍의 측벽을 타고 올라간다. 또, 압력 도입 구멍의 측벽에 대한 금속 박막의 형성 범위를 제어하는 것은 어렵다. 그 때문에, 땜납이 압력 도입 구멍의 측벽 부분을 타고 올라가는 높이를 제어하는 것은 어렵다. 그리고, 땜납이 반도체 기판 가까이까지 타고 올라갈 가능성이 있다. 이것에 의해, 땜납과 반도체 기판의 열팽창률의 차이에 따른 응력(열스트레스) 등의 영향을 반도체 기판에 미칠 가능성이 있다. 그리고, 그 열스트레스 등에 의해, 반도체 기판의 특성 불량을 초래한다.

따라서, 특허문헌 1에는, 테이퍼형의 압력 도입 구멍이 형성된 유리 대좌를 이용한 압력 센서가 기재되어 있다. 구체적으로는, 압력 도입 구멍의 구멍 직경은, 유리 대좌의 하면으로부터 상면을 향하여 서서히 커지고 있다. 이것에 의해, 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 형성할 때, 금속 박막이 압력 도입 구멍의 측벽에 형성되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 땜납이 압력 도입 구멍을 타고 올라가는 것을 방지할 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평 10-030972호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 압력 센서에서, 스퍼터링법을 이용하여 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 형성한 경우, 금속 박막이 압력 도입 구멍의 측벽에는 거의 형성되지 않게 된다. 그리고, 땜납이 압력 도입 구멍의 측벽에 거의 누출되지 않게 된다. 그 때문에, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합의 강도가 불충분해질 가능성이 있다.

또, 특허문헌 1에 기재된 압력 센서에서는, 남은 땜납이 압력 도입 구멍에 쌓여, 압력 도입 구멍이 땜납에 의해 막혀 버릴 가능성도 있다.

본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 특성 불량의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 압력 센서 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 제1 양태에 따른 압력 센서는, 다이어프램부를 포함하는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 아래쪽에 설치되는 유리 대좌를 포함하는 압력 센서이다. 또, 상기 반도체 기판의 하면과 상기 유리 대좌의 상면이 접합되어 있다. 또, 상기 유리 대좌에는, 그 유리 대좌의 상하면에 걸쳐 그 유리 대좌를 관통하도록 압력 도입 구멍이 형성되어 있다. 그리고, 상기 압력 도입 구멍은, 상기 유리 대좌의 하면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지 형성되어 있고, 상기 유리 대좌의 상면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제2 구멍 직경은, 상기 제1 구멍 직경보다 커져 있다. 또, 상기 유리 대좌의 하면에는 금속 박막층이 형성되어 있는 것이다.

본 발명에 따른 제1 양태에 의하면, 유리 대좌의 상면에서의 압력 도입 구멍의 제2 구멍 직경은, 유리 대좌의 하면에서의 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경보다 커져 있다. 그 때문에, 그 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 형성하더라도, 압력 도입 구멍의 반도체 기판측의 측벽에 금속 박막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 압력 도입 구멍의 반도체 기판측의 측벽에 땜납이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 반도체 기판의 근처에 땜납이 누출되는 것에 의해 발생하는 특성 불량을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지의 범위에서, 유리 대좌에 형성되는 압력 도입 구멍의 구멍 직경은 대략 동일한 크기로 되어 있다. 그 때문에, 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 형성하는 경우, 유리 대좌의 하면으로부터 그 제1 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍의 측벽에 금속 박막이 형성되게 된다. 이것에 의해, 유리 대좌의 하면으로부터 그 제1 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍의 측벽에 땜납이 누출되게 된다. 그 때문에, 유리 대좌가 땜납에 의해, 유리 대좌의 아래쪽에 설치되는 금속 베이스와 보다 확실하게 접합되게 된다. 즉, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또, 상기 금속 박막층은, 상기 유리 대좌의 하면으로부터, 상기 압력 도입 구멍의 측벽으로서, 상기 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지의 범위의 측벽의 적어도 일부에 걸쳐 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다.

이것에 의해, 더욱 확실하게, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또, 상기 압력 도입 구멍은, 상기 제2 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 상면으로부터 제2 위치까지 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 유리 대좌의 상면으로부터 그 제2 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍의 구멍 직경이, 유리 대좌의 하면에서의 압력 도입 구멍의 구멍 직경보다 커진다. 그 때문에, 반도체 기판에 가까운 압력 도입 구멍의 측벽에 금속 박막이 형성되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 반도체 기판에 가까운 압력 도입 구멍의 측벽에 땜납이 누출되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 압력 센서의 특성 불량을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 유리 대좌의 하면과 상기 금속 박막층을 개재시켜 땜납에 의해 상면이 접합되는 금속 베이스를 포함한다. 또, 상기 금속 베이스에는, 그 금속 베이스의 상하면에 걸쳐 그 금속 베이스를 관통하도록, 그리고 상기 유리 대좌의 상기 압력 도입 구멍과 연통하도록, 관통 구멍부가 형성되어 있다. 그리고, 상기 관통 구멍부의 구멍 직경은, 상기 압력 도입 구멍의 상기 제1 구멍 직경보다 큰 것이 바람직하다.

유리 대좌와 금속 베이스를 땜납에 의해 접합할 때, 남은 땜납은, 중력에 의해 관통 구멍부의 측벽을 타고 흐르게 된다. 이 때, 관통 구멍부의 구멍 직경이 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경보다 커져 있기 때문에, 관통 구멍부가 땜납에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다.

또한, 유리 대좌의 하면에 형성된 금속 박막층에는, 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경과 대략 동일한 크기의 구멍 직경의 관통 구멍이 형성된다. 그리고, 유리 대좌와 금속 베이스를 땜납에 의해 접합할 때 남은 땜납은, 금속 박막층의 그 관통 구멍과 금속 베이스의 관통 구멍부 사이의 단차 부분에 필렛을 형성한다. 그 때문에, 금속 베이스의 상면과 유리 대좌의 하면의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 제2 양태에 따른 압력 센서의 제조 방법은, 다이어프램부를 포함하는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 아래쪽에 설치되는 유리 대좌를 포함하는 압력 센서의 제조 방법이다. 또, 압력 도입 구멍 형성 처리, 금속 박막 형성 처리, 유리 대좌 접합 처리를 포함한다. 압력 도입 구멍 형성 처리에서는, 상기 유리 대좌에, 그 유리 대좌의 상하면에 걸쳐 그 유리 대좌를 관통하도록 압력 도입 구멍을 형성한다. 금속 박막층 형성 처리에서는, 상기 압력 도입 구멍이 형성된 상기 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 형성한다. 유리 대좌 접합 처리에서는, 상기 반도체 기판의 하면과 상기 유리 대좌의 상면을 접합한다. 그리고, 상기 압력 도입 구멍 형성 처리에서, 상기 유리 대좌의 하면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지 상기 압력 도입 구멍을 형성하고, 상기 유리 대좌의 상면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제2 구멍 직경이 상기 제1 구멍 직경보다 커지도록 상기 압력 도입 구멍을 형성하는 것이다.

본 발명에 따른 제2 양태에 의하면, 유리 대좌의 상면에서의 압력 도입 구멍의 제2 구멍 직경은, 유리 대좌의 하면에서의 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경보다 커지도록 압력 도입 구멍이 형성된다. 그 때문에, 그 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 형성하더라도, 압력 도입 구멍의 반도체 기판측의 측벽에 금속 박막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 압력 도입 구멍의 반도체 기판측의 측벽에 땜납이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 반도체 기판의 근처에 땜납이 누출되는 것에 의해 발생하는 특성 불량을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지의 범위에서, 유리 대좌에 형성되는 압력 도입 구멍의 구멍 직경은 대략 동일한 크기가 되도록 압력 도입 구멍이 형성된다. 그 때문에, 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 형성하는 경우, 유리 대좌의 하면으로부터 그 제1 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍의 측벽에 금속 박막이 형성되게 된다. 이것에 의해, 유리 대좌의 하면으로부터 그 제1 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍의 측벽에 땜납이 누출되게 된다. 그 때문에, 유리 대좌가 땜납에 의해, 유리 대좌의 아래쪽에 설치되는 금속 베이스와 보다 확실하게 접합되게 된다. 즉, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또, 상기 금속 박막층 형성 처리에서, 상기 금속 박막층은, 상기 유리 대좌의 하면으로부터, 상기 압력 도입 구멍의 측벽으로서, 상기 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지의 범위의 측벽의 적어도 일부에 걸쳐 형성되는 것이 보다 바람직하다.

이것에 의해, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합 강도를 더욱 확실하게 향상시킬 수 있다.

또, 상기 압력 도입 구멍 형성 처리에서, 상기 압력 도입 구멍을, 상기 제2 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 상면으로부터 제2 위치까지 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 금속 베이스 접합 처리를 포함한다. 금속 베이스 접합 처리에서는, 상기 유리 대좌의 하면과 금속 베이스의 상면을 상기 금속 박막층을 개재시켜 땜납에 의해 접합한다. 또, 상기 금속 베이스에는, 그 금속 베이스의 상하면에 걸쳐 그 금속 베이스를 관통하도록, 그리고 상기 유리 대좌의 상기 압력 도입 구멍과 연통하도록, 관통 구멍부가 형성되어 있다. 그리고, 상기 관통 구멍부의 구멍 직경은, 상기 압력 도입 구멍의 상기 제1 구멍 직경보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 특성 불량의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있고, 유리 대좌와 금속 베이스의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 센서 칩의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 따른 센서 칩의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 1에 따른 센서 칩의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 2에 따른 압력 센서의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 3에 관한 압력 센서의 구성을 나타내는 단면도이다.

실시형태 1.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관해 설명한다.

이하에서는, 본 발명을 적용한 구체적인 실시형태에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 압력 센서(100)에 이용되고 있는 센서 칩(10)(반도체 기판)의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 2는, 도 1의 II-II선을 따라 취한 단면도이고, 도 3은, III-III선을 따라 취한 단면도이다. 본 실시형태에 따른 압력 센서(100)는, 반도체의 피에조 저항 효과를 이용한 반도체 압력 센서이다.

압력 센서(100)는, 반도체 기판으로 이루어진 센서 칩(10)을 갖고 있다. 센서 칩(10)은, 정방형으로 되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 정방형의 센서 칩(10)의 각 꼭지점을 A, B, C, D로 한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 좌측 위의 각을 각 A, 우측 아래의 각을 각 B, 우측 위의 각을 각 C, 좌측 아래의 각을 각 D로 한다. 각 A와 각 B를 연결하는 대각선을 대각선 AB로 한다. 각 C과 각 D를 연결하는 대각선을 대각선 CD로 한다. 센서 칩(10)은 정방형이므로, 대각선 AB와 대각선 CD는 직교한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(10)은, 베이스가 되는 제1 반도체층(1), 절연층(2) 및 제2 반도체층(3)의 3층 구조로 되어 있다. 예를 들어, 센서 칩(10)으로서, 제1 반도체층(1)과, 0.5 ㎛ 정도의 두께의 절연층(2) 및 제2 반도체층(3)으로 이루어진 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 이용할 수 있다. 제1 반도체층(1) 및 제2 반도체층(3)은, 예를 들어, n형 단결정 실리콘층으로 구성되어 있다. 절연층(2)은, 예를 들어, SiO₂층으로 구성되어 있다. 제1 반도체층(1) 상에 절연층(2)이 형성되어 있다. 또, 절연층(2) 상에 제2 반도체층(3)이 형성되어 있다. 따라서, 제1 반도체층(1)과 제2 반도체층(3) 사이에 절연층(2)이 형성되어 있다. 절연층(2)은, 제1 반도체층(1)을 에칭할 때 에칭 스토퍼로서 기능한다. 제2 반도체층(3)은, 차압용 다이어프램(4)(다이어프램부)를 구성하고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 차압용 다이어프램(4)은 칩의 중앙 부분에 설치되어 있다.

센서 칩(10)의 중앙부에는, 차압을 검출하기 위한 차압용 다이어프램(4)이 설치되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 반도체층(1)이 제거됨으로써, 차압용 다이어프램(4)이 형성된다. 즉, 차압용 다이어프램(4)에서는 센서 칩(10)이 얇아졌다. 여기서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 차압용 다이어프램(4)은 정방형으로 형성되어 있다. 또, 차압용 다이어프램(4)의 중심과 센서 칩(10)의 중심은 일치한다. 즉, 센서 칩(10)의 중심점은, 대각선 AB와 대각선 CD의 교점 위에 있다. 그리고, 차압용 다이어프램(4)은, 정방형의 센서 칩(10)에 대하여 45°기울어져 배치되어 있다. 따라서, 대각선 AB는, 차압용 다이어프램(4)의 마주보는 2변의 중심을 수직으로 통과한다. 또, 대각선 CD는, 차압용 다이어프램(4)의 마주보는 다른 2변의 중심을 수직으로 통과한다.

차압용 다이어프램(4)의 표면에는 차압용 게이지(5A～5D)가 설치되어 있다. 이들 4개의 차압용 게이지(5A～5D)를 통합하여 차압용 게이지(5)로 칭한다. 차압용 게이지(5)가 차압용 다이어프램(4)의 단부에 설치되어 있다. 즉, 차압용 게이지(5)는 차압용 다이어프램(4)의 둘레 가장자리부 상에 형성되어 있다. 여기서, 정방형의 차압용 다이어프램(4)의 각 변에 차압용 게이지(5)가 1개씩 설치되어 있다. 차압용 게이지(5)는 차압용 다이어프램(4)의 각 변의 중앙에 설치되어 있다. 따라서, 차압용 다이어프램(4)의 중심과 각 A의 사이에는 차압용 게이지(5A)가 배치되어 있다. 차압용 다이어프램(4)의 중심과 각 B의 사이에는 차압용 게이지(5B)가 배치되고, 차압용 다이어프램(4)의 중심과 각 C의 사이에는 차압용 게이지(5C)가 배치되고, 차압용 다이어프램(4)의 중심과 각 D의 사이에는 차압용 게이지(5D)가 배치되어 있다. 차압용 게이지(5A)와 차압용 게이지(5B)는, 센서 칩(10)의 중심을 사이에 두고 마주본다. 차압용 게이지(5C)와 차압용 게이지(5D)는, 센서 칩(10)의 중심을 사이에 두고 마주본다.

차압용 게이지(5)는 피에조 저항 효과를 갖는 변형 게이지이다. 따라서, 센서 칩(10)이 변형되면, 각 차압용 게이지(5A～5D)의 저항이 변화한다. 센서 칩의 상면에는, 각 차압용 게이지(5A～5D)와 접속되는 배선(도시하지 않음)이 형성된다. 예를 들어, 각 차압용 게이지(5A～5D)의 양단부에 배선이 접속되어 있다. 이 배선에 의해, 4개의 차압용 게이지(5)가 브릿지 회로에 결선되어 있다. 차압용 다이어프램(4)에 의해 이격된 공간의 압력차에 의해, 차압용 다이어프램(4)이 변형한다. 차압용 게이지(5)는, 차압용 다이어프램(4)의 변형량에 따라 저항이 변화한다. 이 저항 변화를 검출함으로써 압력을 측정할 수 있다. 차압용 게이지(5)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(10)의 표면에 형성되어 있다.

4개의 차압용 게이지(5A～5D)는 서로 평행하게 배치되어 있다. 즉, 4개의 차압용 게이지(5A～5D)의 길이 방향은 대각선 AB를 따라서 설정되어 있다. 그리고 차압용 게이지(5A～5D)의 길이 방향의 양단부에 배선(도시하지 않음)이 접속된다. 차압용 게이지(5)는, 센서 칩(10)의 결정면방위(100)에서, 피에조 저항 계수가 최대가 되는 <110>의 결정축방향과 평행하게 형성된다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 압력 센서(100)에 관해 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4의 압력 센서(100)의 단면도를 나타낸다. 압력 센서(100)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(10), 유리 대좌(18), 금속 베이스(21) 등을 포함한다.

유리 대좌(18)는, 센서 칩(10)의 하면과 유리 대좌(18)의 상면이 접합되어 있다. 또, 유리 대좌(18)는, 파이렉스 유리(등록상표)나 세라믹 등으로 형성되어 있다. 그리고, 유리 대좌(18)는, 예를 들어 양극 접합법을 이용하여 센서 칩(10)과 접합되어 있다.

또, 유리 대좌(18)에는, 유리 대좌(18)의 상하면에 걸쳐 유리 대좌(18)를 관통하도록 압력 도입 구멍(18A)이 형성되어 있다. 또, 압력 도입 구멍(18A)은, 센서 칩(10)의 차압용 다이어프램(4)에 해당하는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 압력 도입 구멍(18A)은, 센서 칩(10)의 차압용 다이어프램(4)에 해당하는 위치에 형성되어 있는 오목부와 연통하고 있다.

여기서, 유리 대좌(18)의 하면에서의 압력 도입 구멍(18A)의 구멍 직경을 제1 구멍 직경으로 한다. 또, 유리 대좌(18)의 상면에서의 압력 도입 구멍(18A)의 구멍 직경을 제2 구멍 직경으로 한다. 이 때, 압력 도입 구멍(18A)의 제2 구멍 직경은 제1 구멍 직경보다 커져 있다. 구체적으로는, 압력 도입 구멍(18A)은, 유리 대좌(18)의 하면으로부터 제1 위치까지, 제1 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 압력 도입 구멍(18A)은, 유리 대좌(18)의 상면으로부터 제2 위치까지, 제2 구멍 직경으로 형성되어 있다. 그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 유리 대좌(18)의 그 제1 위치와, 유리 대좌(18)의 그 제2 위치가 일치한다. 바꾸어 말하면, 압력 도입 구멍(18A)은, 서로 연통하는 제1 구멍부(18B)와 제2 구멍부(18C)로 형성되어 있다. 그리고, 제1 구멍부(18B)는, 유리 대좌(18)의 하면으로부터 제1 위치까지, 제1 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 제2 구멍부(18C)는, 유리 대좌(18)의 상면으로부터 제2 위치까지, 제2 구멍 직경으로 형성되어 있다.

또, 유리 대좌(18)의 하면에는 금속 박막층(19)이 형성되어 있다. 금속 박막층(19)은, 증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 유리 대좌(18)의 하면에 형성한다. 본 실시형태에서는, 금속 입자의 직진성이 우수한 스퍼터링법을 이용하여 금속 박막층(19)을 유리 대좌(18)의 하면에 형성한다. 스퍼터링법은 금속 입자의 직진성이 우수하지만, 유리 대좌(18)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성할 때, 압력 도입 구멍(18A)의 측벽에 금속 박막이 약간 형성되게 된다. 그러나, 본 실시형태에 따른 압력 센서(100)에서, 압력 도입 구멍(18A)은, 유리 대좌(18)의 아래쪽에서는, 제1 구멍 직경을 갖는 제1 구멍부(18B)에 의해 형성되고, 유리 대좌(18)의 위쪽에서는, 제1 구멍 직경보다 큰 제2 구멍 직경을 갖는 제2 구멍부(18C)에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 유리 대좌(18)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성하는 경우, 제1 구멍부(18B)의 측벽에는 금속 박막이 약간 형성되게 되지만, 제2 구멍부(18C)의 측벽에는 금속 박막이 형성되는 경우는 거의 없다.

또, 금속 박막층(19)에는, 유리 대좌(18)의 압력 도입 구멍(18A)에 해당하는 위치에, 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경과 대략 동일한 크기의 구멍 직경을 갖는 관통 구멍이 형성되어 있다.

금속 베이스(21)는, 유리 대좌(18)의 아래쪽에 설치되어 있다. 또, 금속 베이스(21)의 상면은, 유리 대좌(18)의 하면과, 금속 박막층(19)을 개재시켜 땜납에 의해 접합되어 있다. 바꾸어 말하면, 유리 대좌(18)의 하면과 금속 베이스(21)의 상면 사이에는, 금속 박막층(19)과 땜납층(20)이 형성되어 있다.

또, 금속 베이스(21)에는, 금속 베이스(21)의 상하면에 걸쳐 금속 베이스(21)를 관통하도록 관통 구멍부(21A)가 형성되어 있다. 또, 관통 구멍부(21A)는, 유리 대좌(18)의 압력 도입 구멍(18A)에 해당하는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 관통 구멍부(21A)는, 유리 대좌(18)의 압력 도입 구멍(18A)과 연통하고 있다.

또, 관통 구멍부(21A)의 구멍 직경은, 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경보다 커져 있다.

유리 대좌(18)와 금속 베이스(21)를 땜납에 의해 접합하는 경우, 남은 땜납이 금속 박막층(19)의 관통 구멍, 유리 대좌(18)의 압력 도입 구멍(18A), 금속 베이스(21)의 관통 구멍부(21A)에 누출되게 된다.

여기서, 땜납과 유리는 습윤성이 나쁘기 때문에, 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍부(18B)의 측벽의 금속 박막이 형성되어 있는 부분에 누출되게 된다. 한편, 압력 도입 구멍(18A)의 제2 구멍부(18C)에는 금속 박막이 거의 형성되어 있지 않기 때문에, 땜납이 누출되지 않는다. 제2 구멍 직경은, 제1 구멍 직경보다 조금이라도 크면, 압력 도입 구멍(18A)의 제2 구멍부(18C)에 금속 박막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또, 유리 대좌(18)의 하면으로부터 제1 위치까지의 길이(즉, 제1 구멍부(18B)의 길이)는, 유리 대좌(18)의 하면에 형성되는 금속 박막층(19)의 막두께 등에 기초하여 최적의 길이로 되어 있다.

또, 유리 대좌(18)와 금속 베이스(21)를 땜납에 의해 접합할 때 남은 땜납은, 중력에 따라서 금속 베이스(21)의 관통 구멍부(21A)에 누출된다. 이 때, 금속 박막층(19)의 관통 구멍의 구멍 직경은 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경과 대략 동일한 크기이다. 그 때문에, 금속 박막층(19)의 관통 구멍의 구멍 직경은 금속 베이스(21)의 관통 구멍부(21A)의 구멍 직경보다 작다. 따라서, 금속 박막층(19)과 금속 베이스(21) 사이에는 단차가 형성되어 있다. 그 때문에, 유리 대좌(18)와 금속 베이스(21)를 땜납에 의해 접합할 때 남은 땜납은, 중력에 따라서 흐르고, 그 단차 부분에 필렛을 형성한다.

다음으로, 센서 칩(10)의 제조 방법에 관해, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는, 센서 칩(10)의 제조 방법을 나타내는 도면이며, 센서 칩(10)을 위에서 본 구성을 나타내고 있다. 도 6은, 센서 칩(10)의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이며, 도 5의 VI-VI선을 따라 취한 단면의 구성을 나타내고 있다.

우선, 제1 반도체층(1)과, 0.5 ㎛ 정도의 두께의 절연층(2) 및 제2 반도체층(3)으로 이루어진 SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼를 준비한다. 이 SOI 웨이퍼를 제작하기 위해서는, Si 기판 내에 산소를 주입하여 SiO₂층을 형성하는 SIMOX(Separation by IMplanted OXygen) 기술을 이용해도 되고, 2장의 Si 기판을 접합하는 SDB(Silicon Direct Bonding) 기술을 이용해도 되고, 그 밖의 방법을 이용해도 된다. 제2 반도체층(3)을 평탄화 및 박막화해도 된다. 예를 들어, CCP(Computer Controlled Polishing)로 불리는 연마법 등에 의해, 미리 정해진 두께까지 제2 반도체층(3)을 연마한다.

제2 반도체층(3)의 상면에, 불순물 확산 또는 이온 주입법에 의해 p형 Si로 이루어진 차압용 게이지(5A～5D)를 형성한다. 이것에 의해, 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)에 나타내는 구성이 된다. 각 게이지는, 도 1 등에서 나타낸 바와 같이, 각 다이어프램이 되는 곳의 미리 정해진 위치에 형성되어 있다. 차압용 게이지(5A～5D)를, 하기에 나타내는 다이어프램의 형성 공정후에 형성해도 된다.

이와 같이 하여 형성된 SOI 웨이퍼의 하면에 레지스트(9)를 형성한다. 레지스트(9)의 패턴은, 공지의 포토리소그래피 공정에 의해 제1 반도체층(1) 상에 형성된다. 즉, 감광성 수지막을 도포하고, 노광, 현상함으로써, 레지스트(9)의 패턴이 형성된다. 레지스트(9)는, 감압 영역(다이어프램이 형성되는 영역)에 해당하는 부분에 개구부를 갖고 있다. 즉, 다이어프램을 형성하는 부분에서는 제1 반도체층(1)이 노출되어 있다. 이것에 의해, 도 6의 (b)에 나타내는 구성이 된다.

그리고, 레지스트(9)를 마스크로 하여 제1 반도체층(1)을 에칭한다. 이것에 의해, 도 5의 (b) 및 도 6의 (c)에 나타내는 구성이 된다. 예를 들어, 공지의 ICP 에칭 등의 건식 에칭을 이용하여 제1 반도체층(1)을 에칭할 수 있다. 물론, KOH나 TMAH 등의 용액을 이용한 습식 에칭에 의해 제1 반도체층(1)을 에칭해도 된다. 제1 반도체층(1)을 에칭하면 차압용 다이어프램(4)이 형성된다. 여기서, 절연층(2)이 에칭 스토퍼로서 기능하고 있다. 따라서, 레지스트(9)의 개구부에서는 절연층(2)이 노출되어 있다.

그리고, 레지스트(9)및 다이어프램부(4)의 절연층(2)을 제거하면, 도 6의 (d)에 나타내는 구성이 된다. 차압용 게이지(5)와 전기적 접속을 얻기 위한 배선(도시하지 않음)을 증착한다. 이것에 의해, 센서 칩(10)이 완성된다. 배선을 형성하는 공정은, 도 6의 (d) 보다 전에 행해져도 된다. 예를 들어, 도 6의 (a) 전에 배선을 작성해도 되고, 도 6의 (a)～도 6의 (c) 사이에 배선을 작성해도 된다. 또, 상기와 같이, 차압용 게이지(5)의 형성을 도 6의 (d) 후에 행해도 되고, 도 6의 (a)～도 6의 (d) 사이에 행해도 된다. 즉, 배선의 형성 공정과, 변형 게이지의 형성 공정의 순서는 특별히 한정되지 않는다.

다음으로, 압력 센서(100)의 제조 방법에 관해, 도 7 내지 도 9를 이용하여 설명한다. 도 7 내지 도 9는, 압력 센서(100)의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.

우선, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 유리 대좌(18)가 되는 기판을 준비한다. 기판으로는, 파이렉스 유리(등록상표)나 세라믹 등의 평탄한 기판이 이용된다. 그리고, 유리 대좌(18)에 압력 도입 구멍(18A)을 형성한다(압력 도입 구멍 형성 처리). 즉, 유리 대좌(18)의 중앙에, 유리 대좌(18)를 관통하는 원형의 압력 도입 구멍(18A)을 형성한다. 이것에 의해, 도 7의 (b)에 나타내는 구성이 된다. 압력 도입 구멍(18A)은, 예를 들어, 드릴 구멍 가공에 의해 형성되어도 되고, 양면 샌드블라스트 가공에 의해 형성해도 된다.

다음으로, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 유리 대좌(18)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성한다(금속 박막층 형성 처리). 금속 박막층(19)은, 증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 스퍼터링법을 이용하여, 금속 박막층(19)을 유리 대좌(18)의 하면에 형성한다.

다음으로, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(10)과 유리 대좌(18)를 접합한다(유리 대좌 접합 처리). 예를 들어, 양극 접합에 의해 유리 대좌(18)가 센서 칩(10)의 제1 반도체층(1)에 접합된다. 유리 대좌(18)의 중심에는, 차압용 다이어프램(4)에 해당하는 위치에 형성되어 있는 오목부와 연통하는 압력 도입 구멍(18A)이 형성되어 있다.

다음으로, 도 9에 나타낸 바와 같이, 유리 대좌(18)의 하면과 금속 베이스(21)의 상면을 땜납에 의해 접합한다(금속 베이스 접합 처리). 이것에 의해, 유리 대좌(18)의 하면에는 금속 박막층(19)이 형성되고, 금속 박막층(19)과 금속 베이스(21)의 상면 사이에는 땜납층(20)이 형성된다. 이렇게 하여 압력 센서(100)의 제조가 종료한다. 이와 같이 작성된 압력 센서는, 소형이며 고성능인 것이 된다.

본 발명의 실시형태 1에 따른 압력 센서(100)에서, 유리 대좌(18)의 상면에서의 압력 도입 구멍(18A)의 제2 구멍 직경은, 유리 대좌(18)의 하면에서의 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경보다 커져 있다. 그 때문에, 그 유리 대좌(18)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성하더라도, 압력 도입 구멍(18A)의 센서 칩(10)측의 측벽에 금속 박막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 압력 도입 구멍(18A)의 센서 칩(10)측의 측벽에 땜납이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 센서 칩(10)의 근처에 땜납이 누출되는 것에 의해 발생하는 특성 불량을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 유리 대좌(18)의 하면으로부터 제1 위치까지의 범위에서, 유리 대좌에 형성되는 압력 도입 구멍(18A)의 구멍 직경은 대략 동일한 크기로 되어 있다. 그 때문에, 유리 대좌(18)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성하는 경우, 유리 대좌(18)의 하면으로부터 그 제1 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍(18A)의 측벽에 금속 박막이 형성되게 된다. 이것에 의해, 유리 대좌(18)의 하면으로부터 그 제1 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍(18A)의 측벽에 땜납이 누출되게 된다. 그 때문에, 유리 대좌(18)가 땜납에 의해, 유리 대좌(18)의 아래쪽에 설치되는 금속 베이스(21)와 보다 확실하게 접합되게 된다. 즉, 유리 대좌(18)와 금속 베이스(21)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또, 압력 도입 구멍(18A)은, 제2 구멍 직경으로 유리 대좌(18)의 상면으로부터 제2 위치까지 형성되어 있다.

이것에 의해, 유리 대좌(18)의 상면으로부터 그 제2 위치까지의 범위에서, 압력 도입 구멍(18A)의 구멍 직경이, 유리 대좌(18)의 하면에서의 압력 도입 구멍(18A)의 구멍 직경보다 커진다. 그 때문에, 센서 칩(10)에 가까운 압력 도입 구멍(18A)의 측벽에 금속 박막이 형성되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 센서 칩(10)에 가까운 압력 도입 구멍(18A)의 측벽에 땜납이 누출되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 압력 센서(100)의 특성 불량을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 유리 대좌(18)의 하면과 금속 박막층(19)을 개재시켜 땜납에 의해 상면이 접합되는 금속 베이스(21)를 포함한다. 또, 금속 베이스(21)에는, 금속 베이스(21)의 상하면에 걸쳐 금속 베이스(21)를 관통하도록, 그리고 유리 대좌(18)의 압력 도입 구멍(18A)과 연통하도록, 관통 구멍부(21A)가 형성되어 있다. 그리고, 관통 구멍부(21A)의 구멍 직경은, 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경보다 크다.

유리 대좌(18)와 금속 베이스(21)를 땜납에 의해 접합할 때, 남은 땜납은 중력에 의해 관통 구멍부(21A)의 측벽을 타고 흐르게 된다. 이 때, 관통 구멍부(21A)의 구멍 직경이 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경보다 커져 있기 때문에, 관통 구멍부(21A)가 땜납에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다.

또한, 유리 대좌(18)의 하면에 형성된 금속 박막층(19)에는, 압력 도입 구멍(18A)의 제1 구멍 직경과 대략 동일한 크기의 구멍 직경의 관통 구멍이 형성된다. 그리고, 유리 대좌(18)와 금속 베이스(21)를 땜납에 의해 접합할 때 남은 땜납은, 금속 박막층(19)의 그 관통 구멍과 금속 베이스(21)의 관통 구멍부(21A) 사이의 단차 부분에 필렛을 형성한다. 그 때문에, 금속 베이스(21)의 상면과 유리 대좌(18)의 하면의 접합 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

실시형태 2.

본 발명의 실시형태 2에 따른 압력 센서(200)에 관해, 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 10은, 압력 센서(200)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 실시형태 2에 따른 압력 센서(200)는, 유리 대좌(22)의 구성만이 실시형태 1에 따른 압력 센서(100)와 상이하기 때문에, 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

유리 대좌(22)는, 센서 칩(10)의 하면과 유리 대좌(22)의 상면이 접합되어 있다. 또, 유리 대좌(22)는, 파이렉스 유리(등록상표)나 세라믹 등으로 형성되어 있다. 그리고, 유리 대좌(22)는, 예를 들어 양극 접합법을 이용하여 센서 칩(10)과 접합되어 있다.

또, 유리 대좌(22)에는, 유리 대좌(22)의 상하면에 걸쳐 유리 대좌(22)를 관통하도록 압력 도입 구멍(22A)이 형성되어 있다. 또, 압력 도입 구멍(22A)은, 센서 칩(10)의 차압용 다이어프램(4)에 해당하는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 압력 도입 구멍(22A)은, 센서 칩(10)의 차압용 다이어프램(4)에 해당하는 위치에 형성되어 있는 오목부와 연통하고 있다.

여기서, 유리 대좌(22)의 하면에서의 압력 도입 구멍(22A)의 구멍 직경을 제1 구멍 직경으로 한다. 또, 유리 대좌(22)의 상면에서의 압력 도입 구멍(22A)의 구멍 직경을 제2 구멍 직경으로 한다. 이 때, 압력 도입 구멍(22A)의 제2 구멍 직경은, 제1 구멍 직경보다 커져 있다. 구체적으로는, 압력 도입 구멍(22A)은, 유리 대좌(22)의 하면으로부터 제1 위치까지, 제1 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 압력 도입 구멍(22A)은, 유리 대좌(22)의 상면으로부터 제2 위치까지, 압력 도입 구멍(22A)의 구멍 직경이 제2 구멍 직경으로부터 서서히 작아져 제1 구멍 직경이 되도록 형성되어 있다. 그리고, 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 유리 대좌(22)의 그 제1 위치와, 유리 대좌(22)의 그 제2 위치가 일치한다. 바꾸어 말하면, 압력 도입 구멍(22A)은, 서로 연통하는 제1 구멍부(22B)와 제2 구멍부(22C)로 형성되어 있다. 그리고, 제1 구멍부(22B)는, 유리 대좌(22)의 하면으로부터 제1 위치까지, 제1 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 제2 구멍부(22C)는, 유리 대좌(18)의 상면으로부터 제2 위치까지, 압력 도입 구멍(22A)의 구멍 직경이 제2 구멍 직경으로부터 서서히 작아져 제1 구멍 직경이 되도록 형성되어 있다.

또, 유리 대좌(22)의 하면에는 금속 박막층(19)이 형성되어 있다. 금속 박막층(19)은, 증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 유리 대좌(22)의 하면에 형성된다. 본 실시형태에서는, 금속 입자의 직진성이 우수한 스퍼터링법을 이용하여 금속 박막층(19)을 유리 대좌(22)의 하면에 형성한다. 스퍼터링법은 금속 입자의 직진성이 우수하지만, 유리 대좌(22)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성할 때, 압력 도입 구멍(22A)의 측벽에 금속 박막이 약간 형성되게 된다. 그러나, 본 실시형태에 따른 압력 센서(200)에서, 압력 도입 구멍(22A)은, 유리 대좌(22)의 아래쪽에서는, 제1 구멍 직경을 갖는 제1 구멍부(22B)에 의해 형성되고, 유리 대좌(22)의 위쪽에서는, 제1 구멍 직경보다 큰 구멍 직경을 갖는 제2 구멍부(22C)에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 유리 대좌(22)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성하는 경우, 제1 구멍부(22B)의 측벽에는 금속 박막이 약간 형성되게 되지만, 제2 구멍부(22C)의 측벽에는 금속 박막이 형성되는 경우는 거의 없다. 제2 구멍 직경은, 제1 구멍 직경보다 조금이라도 크면, 압력 도입 구멍(22A)의 제2 구멍부(22C)에 금속 박막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또, 유리 대좌(22)의 하면으로부터 제1 위치까지의 길이(즉, 제1 구멍부(22B)의 길이)는, 유리 대좌(22)의 하면에 형성되는 금속 박막층(19)의 막두께 등에 기초하여 최적의 길이로 되어 있다.

실시형태 2에 따른 압력 센서(200)는, 유리 대좌(22)의 압력 도입 구멍(22A)을 이러한 구성으로 함으로써, 실시형태 1에 따른 압력 센서(100)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시형태 3.

본 발명의 실시형태 3에 따른 압력 센서(300)에 관해, 도 11을 참조하면서 설명한다. 도 11은, 압력 센서(300)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 실시형태 3에 따른 압력 센서(300)는, 유리 대좌(23)의 구성만이 실시형태 1에 따른 압력 센서(100)와 상이하기 때문에, 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

유리 대좌(23)는, 센서 칩(10)의 하면과 유리 대좌(23)의 상면이 접합되어 있다. 또, 유리 대좌(23)는, 파이렉스 유리(등록상표)나 세라믹 등으로 형성되어 있다. 그리고, 유리 대좌(23)는, 예를 들어, 양극 접합법을 이용하여 센서 칩(10)과 접합되어 있다.

또, 유리 대좌(23)에는, 유리 대좌(23)의 상하면에 걸쳐 유리 대좌(23)를 관통하도록 압력 도입 구멍(23A)이 형성되어 있다. 또, 압력 도입 구멍(23A)은, 센서 칩(10)의 차압용 다이어프램(4)에 해당하는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 압력 도입 구멍(23A)은, 센서 칩(10)의 차압용 다이어프램(4)에 해당하는 위치에 형성되어 있는 오목부와 연통하고 있다.

여기서, 유리 대좌(23)의 하면에서의 압력 도입 구멍(23A)의 구멍 직경을 제1 구멍 직경으로 한다. 또, 유리 대좌(23)의 상면에서의 압력 도입 구멍(23A)의 구멍 직경을 제2 구멍 직경으로 한다. 이 때, 압력 도입 구멍(23A)의 제2 구멍 직경은, 제1 구멍 직경보다 커져 있다. 구체적으로는, 압력 도입 구멍(23A)은, 유리 대좌(23)의 하면으로부터 제1 위치까지, 제1 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 압력 도입 구멍(23A)은, 유리 대좌(23)의 상면으로부터 제2 위치까지, 제2 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 압력 도입 구멍(23A)은, 제1 위치로부터 제2 위치까지, 제1 구멍 직경과 제2 구멍 직경 사이의 크기의 구멍 직경으로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 압력 도입 구멍(23A)은, 서로 연통하는 제1 구멍부(23B)와, 제2 구멍부(23C)와, 제3 구멍부(23D)로 형성되어 있다. 그리고, 제1 구멍부(23B)는, 유리 대좌(23)의 하면으로부터 제1 위치까지, 제1 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 제2 구멍부(23C)는, 제1 위치로부터 제2 위치까지, 제1 구멍 직경과 제2 구멍 직경 사이의 크기의 구멍 직경으로 형성되어 있다. 또, 제3 구멍부(23D)는, 유리 대좌(23)의 상면으로부터 제2 위치까지, 제2 구멍 직경으로 형성되어 있다.

또, 유리 대좌(23)의 하면에는 금속 박막층(19)이 형성되어 있다. 금속 박막층(19)은, 증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 유리 대좌(23)의 하면에 형성한다. 본 실시형태에서는, 금속 입자의 직진성이 우수한 스퍼터링법을 이용하여 금속 박막층(19)을 유리 대좌(23)의 하면에 형성한다. 스퍼터링법은 금속 입자의 직진성이 우수하지만, 유리 대좌(23)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성할 때, 압력 도입 구멍(23A)의 측벽에 금속 박막이 약간 형성되게 된다. 그러나, 본 실시형태에 따른 압력 센서(300)에서, 압력 도입 구멍(23A)은, 유리 대좌(23)의 아래쪽에서는, 제1 구멍 직경을 갖는 제1 구멍부(23B)에 의해 형성되고, 유리 대좌(23)의 위쪽에서는, 제1 구멍 직경보다 큰 제2 구멍 직경을 갖는 제3 구멍부(23D)에 의해 형성되어 있다. 그 때문에, 유리 대좌(23)의 하면에 금속 박막층(19)을 형성하는 경우, 제1 구멍부(23B)의 측벽에는 금속 박막이 약간 형성되게 되지만, 제3 구멍부(23D)의 측벽에는 금속 박막이 형성되는 경우는 거의 없다. 제2 구멍 직경은, 제1 구멍 직경보다 조금이라도 크면, 압력 도입 구멍(23A)의 제3 구멍부(23D)에 금속 박막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또, 유리 대좌(23)의 하면으로부터 제1 위치까지의 길이(즉, 제1 구멍부(23B)의 길이)는, 유리 대좌(23)의 하면에 형성되는 금속 박막층(19)의 막두께 등에 기초하여 최적의 길이로 되어 있다.

실시형태 3에 따른 압력 센서(300)는, 유리 대좌(23)의 압력 도입 구멍(23A)을 이러한 구성으로 함으로써, 실시형태 1에 따른 압력 센서(100)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, 정압(靜壓)용의 피에조 저항 효과를 갖는 변형 게이지를 갖는 압력 센서에도 적용할 수 있다.

4 : 차압용 다이어프램(다이어프램부) 10 : 센서 칩(반도체 기판)
18, 22, 23 : 유리 대좌 18A, 22A, 23A : 압력 도입 구멍
19 : 금속 박막층 21 : 금속 베이스
21A : 관통 구멍부 100, 200, 300 : 압력 센서

Claims

다이어프램부를 포함하는 반도체 기판과,
상기 반도체 기판의 아래쪽에 설치되는 유리 대좌(臺座)
를 포함하는 압력 센서로서,
상기 반도체 기판의 하면과 상기 유리 대좌의 상면이 접합되고,
상기 유리 대좌에는, 그 유리 대좌의 상하면에 걸쳐 그 유리 대좌를 관통하도록 압력 도입 구멍이 형성되어 있고,
상기 압력 도입 구멍은, 상기 유리 대좌의 하면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 하면으로부터 미리 정해진 거리만큼 떨어진 제1 위치까지 형성되어 있고, 상기 유리 대좌의 상면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제2 구멍 직경은 상기 제1 구멍 직경보다 크고,
상기 유리 대좌의 하면에는 금속 박막층이 성막되어 있고,
상기 유리 대좌의 하면과 상기 금속 박막층을 개재시켜 땜납에 의해 상면이 접합되는 금속 베이스를 포함하며,
상기 금속 박막층에는, 상기 압력 도입 구멍의 상기 제1 구멍 직경과 동일한 크기의 구멍 직경의 관통 구멍이 형성되어 있고,
상기 금속 베이스에는, 그 금속 베이스의 상하면에 걸쳐 그 금속 베이스를 관통하도록, 그리고 상기 유리 대좌의 상기 압력 도입 구멍과 연통하도록, 관통 구멍부가 형성되어 있고,
상기 관통 구멍부의 구멍 직경은, 상기 압력 도입 구멍의 상기 제1 구멍 직경보다 크고,
상기 금속 박막층의 상기 관통 구멍과 상기 금속 베이스의 상기 관통 구멍부 사이의 단차 부분에 땜납 필렛이 형성되어 있는 것인 압력 센서.
제1항에 있어서, 상기 금속 박막층은, 상기 유리 대좌의 하면으로부터, 상기 압력 도입 구멍의 측벽으로서, 상기 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지의 범위의 측벽의 적어도 일부에 걸쳐 성막되어 있는 것인 압력 센서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압력 도입 구멍은, 상기 제2 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 상면으로부터 미리 정해진 거리만큼 떨어진 제2 위치까지 형성되어 있는 것인 압력 센서.
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다이어프램부를 포함하는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 아래쪽에 설치되는 유리 대좌를 포함하는 압력 센서의 제조 방법으로서,
상기 유리 대좌에, 그 유리 대좌의 상하면에 걸쳐 그 유리 대좌를 관통하도록 압력 도입 구멍을 형성하는 압력 도입 구멍 형성 처리와,
상기 압력 도입 구멍이 형성된 상기 유리 대좌의 하면에 금속 박막층을 성막하는 금속 박막층 성막 처리와,
상기 반도체 기판의 하면과 상기 유리 대좌의 상면을 접합하는 유리 대좌 접합 처리와,
상기 유리 대좌의 하면과 상기 금속 박막층을 개재시켜 땜납에 의해 금속 베이스의 상면을 접합하는 금속 베이스 접합 처리
를 포함하며,
상기 압력 도입 구멍 형성 처리에 있어서, 상기 유리 대좌의 하면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제1 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 하면으로부터 미리 정해진 거리만큼 떨어진 제1 위치까지 상기 압력 도입 구멍을 형성하고, 상기 유리 대좌의 상면에서의 상기 압력 도입 구멍의 제2 구멍 직경이 상기 제1 구멍 직경보다 커지도록 상기 압력 도입 구멍을 형성하고,
상기 금속 박막층 성막 처리에 있어서, 상기 금속 박막층에는 상기 압력 도입 구멍의 상기 제1 구멍 직경과 동일한 크기의 관통 구멍이 형성되고,
상기 금속 베이스에는, 그 금속 베이스의 상하면에 걸쳐 그 금속 베이스를 관통하도록, 그리고 상기 유리 대좌의 상기 압력 도입 구멍과 연통하도록, 관통 구멍부가 형성되어 있고,
상기 관통 구멍부의 구멍 직경은, 상기 압력 도입 구멍의 상기 제1 구멍 직경보다 크고,
상기 금속 베이스 접합 처리에 있어서, 상기 금속 박막층의 상기 관통 구멍과 상기 금속 베이스의 상기 관통 구멍부 사이의 단차 부분에 땜납 필렛을 형성하는 것인 압력 센서의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 금속 박막층 성막 처리에 있어서, 상기 금속 박막층은, 상기 유리 대좌의 하면으로부터, 상기 압력 도입 구멍의 측벽으로서, 상기 유리 대좌의 하면으로부터 제1 위치까지의 범위의 측벽의 적어도 일부에 걸쳐 성막되는 것인 압력 센서의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 압력 도입 구멍 형성 처리에 있어서, 상기 압력 도입 구멍을, 상기 제2 구멍 직경으로 상기 유리 대좌의 상면으로부터 미리 정해진 거리만큼 떨어진 제2 위치까지 형성하는 것인 압력 센서의 제조 방법.
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