(57)【要約】【課題】構造が簡単で安価に製造することが可能な半導体圧力センサ及びその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】静電容量の変化により圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、静電容量の一方の電極となる第１の半導体基板１と、薄肉化されて感圧部のダイヤフラム７を構成し、静電容量の他方の電極となる第２の半導体基板２と、第１の半導体基板１と第２の半導体基板２との間に積層されて、第１の半導体基板１と第２の半導体基板２との間に静電容量の容量ギャップとなる空間を形成するガラス基板３とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2010223600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量の変化により圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、
前記静電容量の一方の電極となる第１の半導体基板と、
薄肉化されて感圧部を構成し、前記静電容量の他方の電極となる第２の半導体基板と、
前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に積層されて、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に前記静電容量の容量ギャップとなる空間を形成する絶縁性基板と
を有することを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記第１の半導体基板に接続される電極配線は、前記第２の半導体基板に形成された引き出し口を介して前記第２の半導体基板側に引き出され、もしくは前記第２の半導体基板に接続される電極配線は、前記第１の半導体基板に形成された引き出し口を介して前記第１の半導体基板側に引き出される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記静電容量の容量ギャップは、前記絶縁性基板の厚さで規定される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
前記絶縁性基板の厚さは、前記絶縁性基板と前記第１の半導体基板とを陽極接合する際の高電圧印加時に前記容量ギャップの空間で放電が生じない程度の間隔に設定される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
【請求項５】
静電容量の変化により圧力を検出する半導体圧力センサの製造方法において、
絶縁性基板に凹部を形成する第１の工程と、
静電容量の一方の電極となる第１の半導体基板に、前記第１の工程で凹部が形成された絶縁性基板を、前記凹部の開口側を前記第１の半導体基板に向けて接合する第２の工程と、
前記絶縁性基板の一方の主面を研磨して前記凹部を貫通させ、静電容量の容量ギャップの空間を形成する第３の工程と、
前記絶縁性基板に前記静電容量の他方の電極となる第２の半導体基板を接合する第４の工程と、
前記第２の半導体基板の一方の主面を研磨して薄肉化し、圧力を受ける感圧部を形成する第５の工程と
を有することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程では、陽極接合により前記第１の半導体基板と前記絶縁性基板とが接合され、前記絶縁性基板の厚さは、陽極接合する際の高電圧印加時に前記容量ギャップの空間で放電が生じない程度の間隔に設定される
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から加わる圧力によるダイヤフラムのたわみを電気的に検出することで圧力を検出する半導体圧力センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、絶縁基板となるガラス基板を挟んで２枚のシリコン基板が積層され、一方のシリコン基板がガラス基板に接合される前にシリコン基板の裏面側に凹部を設けることで、半導体圧力センサの受圧部となるダイヤフラムが一方のシリコン基板に形成された半導体圧力センサの発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４１８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の半導体圧力センサにおいては、ガラス基板にシリコン基板を陽極接合等により接合する前に、シリコン基板に凹部を形成することでセンサの受圧部となる薄肉状のダイヤフラムを予めシリコン基板に形成する必要があった。このため、シリコン基板に凹部を形成して薄肉化する手間が必要となり、コストが上昇するといった不具合を招いていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造が簡単で安価に製造することが可能な半導体圧力センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体圧力センサは、静電容量の変化により圧力を検出する半導体圧力センサにおいて、静電容量の一方の電極となる第１の半導体基板と、薄肉化されて感圧部を構成し、静電容量の他方の電極となる第２の半導体基板と、第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に積層されて、前記第１の半導体基板と第２の半導体基板との間に静電容量の容量ギャップとなる空間を形成する絶縁性基板とを有することを第１の特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る半導体圧力センサは、上記第１の特徴の半導体圧力センサにおいて、第１の半導体基板に接続される電極配線は、第２の半導体基板に形成された引き出し口を介して第２の半導体基板側に引き出され、もしくは第２の半導体基板に接続される電極配線は、第１の半導体基板に形成された引き出し口を介して第１の半導体基板側に引き出されることを第２の特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る半導体圧力センサは、上記第１または第２の特徴の半導体圧力センサにおいて、静電容量の容量ギャップは、絶縁性基板の厚さで規定されることを第３の特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る半導体圧力センサは、上記第１〜第３のいずれか１つの特徴の半導体圧力センサにおいて、絶縁性基板の厚さは、絶縁性基板と第２の半導体基板とを陽極接合する際の高電圧印加時に容量ギャップの空間で放電が生じない程度の間隔に設定されることを第４の特徴とする。
【００１０】
一方、本発明に係る半導体圧力センサの製造方法は、静電容量の変化により圧力を検出する半導体圧力センサの製造方法において、絶縁性基板に凹部を形成する第１の工程と、静電容量の一方の電極となる第１の半導体基板に、第１の工程で凹部が形成された絶縁性基板を、凹部の開口側を第１の半導体基板に向けて接合する第２の工程と、絶縁性基板の一方の主面を研磨して凹部を貫通させ、静電容量の容量ギャップの空間を形成する第３の工程と、絶縁性基板に静電容量の他方の電極となる第２の半導体基板を接合する第４の工程と、第２の半導体基板の一方の主面を研磨して薄肉化し、圧力を受ける感圧部を形成する第５の工程とを有することを第１の特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る半導体圧力センサの製造方法は、上記第１の特徴の半導体圧力センサの製造方法において、第２の工程では、陽極接合により第１の半導体基板と絶縁性基板とが接合され、絶縁性基板の厚さは、陽極接合する際の高電圧印加時に容量ギャップの空間で放電が生じない程度の間隔に設定されることを第２の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る第１の特徴の半導体圧力センサでは、圧力センサを簡便に製造することが可能となり、製造コストを安価にすることができる。
【００１３】
本発明に係る第２の特徴の半導体圧力センサでは、電極配線を同方向に容易に引き出し形成することができる。
【００１４】
本発明に係る第３の特徴の半導体圧力センサでは、静電容量の容量ギャップを容易に設定することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る第４の特徴の半導体圧力センサでは、陽極接合時の放電を防止することが可能となり、放電による悪影響を回避することができる。
【００１６】
本発明に係る第５の特徴の半導体圧力センサの製造方法では、圧力センサを簡便に製造することが可能となり、製造コストを安価にすることができる。
【００１７】
本発明に係る第６の特徴の半導体圧力センサの製造方法では、陽極接合時の放電を防止することが可能となり、放電による損傷を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体圧力センサの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体圧力センサの他の構成を示す図である。
【図３−Ａ】本発明の実施例１に係る半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図３−Ｂ】本発明の実施例１に係る半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図３−Ｃ】本発明の実施例１に係る半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は本発明の実施例１に係る半導体圧力センサの構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。図１に示す実施例１の半導体圧力センサは、外部から加えられる圧力を受圧するダイヤフラムのたわみを静電容量の変化として検出する半導体圧力センサとして機能し、シリコン等の半導体で構成された第１の半導体基板１ならびに第２の半導体基板２と、絶縁性のガラス基板３とを備えて構成されている。
【００２１】
第１の半導体基板１は、静電容量の一方の電極として機能する固定電極を構成し、第１の半導体基板１上に形成された電極パッド４ａに電気的に接続された電極配線５ａを介して静電容量を検出する検出回路（図示せず）に接続されている。
【００２２】
第１の半導体基板１上には、ガラスが選択的に除去された貫通領域６ａ，６ｂが形成されたガラス基板３が接合されて積層されている。ガラス基板３に形成された一方の貫通領域６ａは、第１の半導体基板１と第２の半導体基板２との間に、静電容量の対向する電極間の空間、すなわち容量ギャップを形成し、他方の貫通領域６ｂは、第１の半導体基板１の電極パッド４ａに接続された電極配線５ａを第２の半導体基板２側に引き出す際の引き出し口を構成する。
【００２３】
ガラス基板３上には、第２の半導体基板２が接合されて積層されている。第２の半導体基板２は、基板が薄肉化され、受圧した圧力でたわんで圧力を検出する感圧部となるダイヤフラム７が形成され、このダイヤフラム７は静電容量の他方の電極として機能する可動電極を構成する。第２の半導体基板２は、基板上に形成された電極パッド４ｂに電気的に接続された電極配線５ｂを介して静電容量を検出する先に触れた検出回路に接続されている。
【００２４】
このような構成において、ダイヤフラム７で圧力を受圧すると、受圧した圧力に応じて薄肉状のダイヤフラム７がたわみ、このたわみにより固定電極と可動電極との間の静電容量が変化し、その静電容量の変化を電気的に検出して圧力を検出するようにしている。
【００２５】
このような構造においては、ダイヤフラム７は全面が薄肉化された第２の半導体基板２として形成されるので、従来のように半導体基板に凹部を形成してダイヤフラムを形成する必要はなくなる。これにより、構造が簡単で製造コストを安価にすることが可能となる。
【００２６】
第１の半導体基板１、第２の半導体基板２をガラス基板３に接合する場合に、他の接合部材を介在させずに簡便に行うことが可能な陽極接合が多用されている。この陽極接合では、半導体基板とガラス基板との間に例えば５００Ｖ〜８００Ｖ程度の高電圧が印加される。このときに、容量ギャップの電極間距離が短いと、この空間で放電が生じやすくなり、この放電により接合不良等の悪影響を招くおそれがあった。
【００２７】
したがって、陽極接合時の印加電圧に応じて放電が生じない程度の距離、例えば２０μ〜５０μ程度に容量ギャップの間隔を設定することで、高電圧印加時に半導体基板とガラス基板とを短絡して放電を防止する短絡配線（放電防止配線）を設けることなく放電を回避することが可能となる。これにより、短絡配線が不要となり、構造の複雑化を回避することができる。また、短絡配線を形成したり、半導体基板とガラス基板との接合後この短絡配線を切断したりといった製造工程が不要となり、製造工程の簡略化、製造コストの安価を実現することができる。
【００２８】
なお、容量ギャップの距離は、実験等の結果に基づいて予め設定されるが、例えば電極間の距離と放電電圧との関係を示す従来から知られているパッシェンの法則に基づいて、印加電圧に応じて適宜設定される。
【００２９】
また、図１に示す構造では、半導体圧力センサが設置される面に対して上側にダイヤフラム７を設けかつ上側に電極配線５ａ、５ｂを引き出しようにしているが、図２（同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図）に示すように、電極配線５ａ、５ｂは図１と同様に設置面に対して上側に引き出している一方、下側にダイヤフラム７を設けて下側から受圧するタイプであってもかまわない。
【００３０】
次に、製造工程を示す図３（図３−Ａ、図３−Ｂ、図３−Ｃ）を参照して、図１に示す半導体圧力センサの製造方法を説明する。
【００３１】
先ず、ホウ珪酸ガラス等の絶縁性のガラス基板３を用意し（図３−Ａ（ａ（断面図）））、静電容量の容量ギャップとなる貫通領域６ａ、ならびに電極配線５ａの引き出し口となる貫通領域６ｂとなる部分のガラスを深堀りして選択的に除去し凹部３１ａ、３１ｂを形成する（図３−Ａ（ｂ１（平面図））、（ｂ２（断面図）））。
【００３２】
一方、シリコン等の半導体からなる第１の半導体基板１を用意し（図３−Ａ（ｃ（断面図）））、アルミ等の金属で電極パッド４ａを形成する（図３−Ａ（ｄ１（平面図））、（ｄ２（断面図）））。
【００３３】
その後、第１の半導体基板１とガラス基板３とを重ね合わせて、第１の半導体基板１とガラス基板３との間に５００Ｖ〜８００Ｖ程度の高電圧を印加して両者を陽極接合する（図３−Ａ（ｅ（断面図）））。この陽極接合時に、凹部３１ａ、３１ｂの深さを先に説明したように例えば２０μ〜５０μ程度とすることで、高電圧印加時に凹部３１ａ、３１ｂでの放電を回避することができる。
【００３４】
次いで、第１の半導体基板１に接合されたガラス基板３の表面を研磨して除去し、凹部３１ａ、３１ｂを表面側に貫通させ、貫通領域６ａ、６ｂを形成する（図３−Ｂ（ｆ１（平面図））、（ｆ２（断面図）））。この研磨工程において、ガラス基板３を研磨する量を調整することでガラス基板３の厚さを調整し、静電容量の電極間を所定の間隔に設定して静電容量値を所定の値に設定する。
【００３５】
一方、シリコン等の半導体からなる第２の半導体基板２を用意し（図３−Ｂ（ｇ（断面図）））、第２の半導体基板２の一方の主面にガラス基板３を接合する際に使用する接合方法に応じた接合部材３２を形成する。この接合部材３２は、例えば低融点ガラス、ポリマー、金（Ａｕ）等で構成される（図３−Ｂ（ｈ（断面図）））。
【００３６】
その後、低融点ガラスの場合にはスパッタリングにより、ポリマーの場合には接着で、Ａｕの場合には共晶接合により、それぞれの接合に適した温度、圧力の雰囲気を設定して第２の半導体基板２とガラス基板３とを接合する（図３−Ｂ（ｉ（断面図）））。なお、この接合に陽極接合を用いてもよい。
【００３７】
次いで、第２の半導体基板２の他方の主面側の全面を研磨して厚さを薄くし薄肉化する（図３−Ｂ（ｊ（断面図）））。続いて、第２の半導体基板２の表面に電極パッド４ｂを形成した後（図３−Ｃ（ｋ１（平面図）、（ｋ２（断面図）））、ダイヤフラム７ならびにこのダイヤフラム７と電極パッド４ｂを電気的に接続する領域を残すように第２の半導体基板２を選択的にエッチング除去し、ダイヤフラム７を形成する（図３−Ｃ（ｌ１（平面図）、（ｌ２（断面図）））。最後に、図示しないがウェハ上に形成された多数のチップをダイシングにより個々のチップに分割して半導体圧力センサが完成し、このチップが実装される際に各電極パッド４ａ、４ｂに電極配線５ａ、５ｂが接続される。
【００３８】
このように、上記製造方法においては、固定電極となる第１の半導体基板１と可動電極となる第２の半導体基板２との間に積層されるガラス基板３を研磨して、静電容量の容量ギャップの空間を形成することで、圧力センサの静電容量を簡便に形成することが可能となる。また、第２の半導体基板２を研磨して薄肉化することで、感圧部のダイヤフラムを簡便に形成することが可能となる。これにより、半導体圧力センサの製造方法を簡便にすることが可能となり、製造コストを安価にすることができる。さらに、ガラス基板３の研磨量に応じて静電容量の電極間の間隔を設定することが可能となり、静電容量の値を容易に制御することができる。
【００３９】
一方、ガラス基板３を第１の半導体基板１に陽極接合する工程において、放電が生じない程度の深さに掘り込んだ凹部を有するガラス基板３を使用することで、高電圧印加時における凹部空間での放電を防止することが可能となり、放電による接合不良等の悪影響を回避することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…第１の半導体基板
２…第２の半導体基板
３…ガラス基板
４ａ，４ｂ…電極パッド
５ａ，５ｂ…電極配線
６ａ，６ｂ…貫通領域
６ｂ…貫通領域
７…ダイヤフラム
３１ａ，３１ｂ…凹部
３２…接合部材
【図１】
2010223600.tif 000003
【図２】
2010223600.tif 000004
【図３−Ａ】
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【図３−Ｂ】
2010223600.tif 000006
【図３−Ｃ】
2010223600.tif 000007