(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ本体に少なくともダイヤフラムと出力特性調整用抵抗とを備え、当該センサ本体が台座の上に接合され、センサ本体と台座との間に形成された基準圧力室に対する外部の印加圧力をダイヤフラムに設けた検出素子にて検出する半導体圧力センサの出力特性調整方法であって、
内部圧力を調整可能なチャンバ内において、大気圧とは異なる少なくとも２種類の圧力下にて特性値を測定する第１工程と、
大気圧下において、前記第１工程での特性値を元に特性値を測定しつつ前記出力特性調整用抵抗をトリミングする第２工程と
を備えたことを特徴とする半導体圧力センサの出力特性調整方法。
【請求項２】
センサ本体に少なくともダイヤフラムと出力特性調整用抵抗とを備え、当該センサ本体が台座の上に接合され、センサ本体と台座との間に形成された基準圧力室に対する外部の印加圧力をダイヤフラムに設けた検出素子にて検出する半導体圧力センサの出力特性調整方法であって、
内部圧力を調整可能なチャンバ内において、大気圧とは異なる圧力下にて特性値を測定する第１工程と、
大気圧下において、特性値を測定し当該特性値と前記第１工程での特性値を元に特性値を測定しつつ前記出力特性調整用抵抗をトリミングする第２工程と
を備えたことを特徴とする半導体圧力センサの出力特性調整方法。
【請求項３】
前記第１および第２工程はウェハ状態で行うものである請求項１又は２に記載の半導体圧力センサの出力特性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体圧力センサの出力特性調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体圧力センサにおいては、図１４に示す相対圧センサと、図１５に示す絶対圧センサとがある。図１４に示す相対圧センサは台座４０の上にダイヤフラム４１を有するセンサチップ４２が接合され、台座４０に形成された貫通孔４３を通して加わる圧力と大気との差圧をダイヤフラム４１に設けた検出素子により検出するものである。又、図１５に示す絶対圧センサは台座４４の上にダイヤフラム４５を有するセンサチップ４６が接合され、センサチップ４６と台座４４との間に形成された基準圧力室４７と大気圧との差圧をダイヤフラム４５に設けた検出素子により検出するものである。
【０００３】
一方、圧力センサにおいては所望の出力特性を得るべくトリミングが行われる。トリミングは図１４に示す相対圧センサの場合には貫通孔４３を通して圧力を印加しつつ抵抗体をレーザトリミングすることにより行い、図１５に示す絶対圧センサの場合には内部圧力を調整可能なチャンバを用いて行う。つまり、具体的には特開平５−３４０８３０号公報に開示されているようにチャンバ内にレーザトリミング装置を配置してトリミングを行ったり、「Ｔechnical  Ｄigest ofthe １０th  Ｓensor Ｓymposium，１９９１．ｐｐ．１２９〜１３２」に示されているようにチャンバの一部に光透過窓を設け、チャンバの外部から光透過窓を通してチャンバ内のセンサにレーザを照射してトリミングを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平５−３４０８３０号公報による方法を用いた場合には、チャンバ内にレーザトリミング装置を配置すると、大容量のチャンバを用意する必要があるとともに一般的によく用いられているレーザトリミング装置をそのまま使用することができない。又、「Ｔechnical  Ｄigest of the  １０th  Ｓensor Ｓymposium，１９９１．ｐｐ．１２９〜１３２」による方法を用いた場合には、チャンバに設けた光透過窓に汚れがあると正確なレーザ照射を行うことができないので常に光透過窓の管理を行う必要があった（メンテナンスが必要であった）。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、容易にレーザトリミングを行うことができる半導体圧力センサの出力特性調整方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、第１工程により、内部圧力を調整可能なチャンバ内において、大気圧とは異なる少なくとも２種類の圧力下にて特性値が測定され、第２工程により、大気圧下において、第１工程での特性値を元に特性値を測定しつつ出力特性調整用抵抗がトリミングされる。
【０００７】
よって、チャンバ内にトリミング装置を配置する手法やチャンバの外部からチャンバに設けた窓を通してレーザ照射を行う手法を用いることなく、大気中において一般的によく用いられているレーザトリミング装置を用いてレーザトリミングを容易に行うことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、第１工程により、内部圧力を調整可能なチャンバ内において、大気圧とは異なる圧力下にて特性値が測定され、第２工程により、大気圧下において、特性値を測定し当該特性値と第１工程での特性値を元に特性値を測定しつつ出力特性調整用抵抗がトリミングされる。
【０００９】
よって、チャンバ内にトリミング装置を配置する手法やチャンバの外部からチャンバに設けた窓を通してレーザ照射を行う手法を用いることなく、大気中において一般的によく用いられているレーザトリミング装置を用いてレーザトリミングを容易に行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、第１および第２工程がウェハ状態で行われる。よって、容易に大量生産を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１２】
図１にはパッケージングされた半導体圧力センサの平面図を示し、図２には図１でのII−II断面図を示す。
樹脂製の封鎖ケース１はケース本体２と蓋体３とからなり、蓋体３はケース本体２の上面部を覆って外周縁がレジンボンドで密着固定されている。ケース本体２の上面中央部には矩形の凹部４が形成されている。この凹部４内には半導体圧力センサ（集積化圧力センサ）５が配置されている。
【００１３】
図３には半導体圧力センサ５の斜視図を示す。半導体圧力センサ５はセンサ本体としてのセンサチップ（シリコンチップ）６とガラス台座７とからなる。ガラス台座７は図１，２に示すように、ケース本体２の凹部４の底面に接着剤８により気密状態で接合されている。このガラス台座７の上面にはセンサチップ６が気密状態で接合されている。
【００１４】
センサチップ６を詳細に説明すると、図３に示すように、センサチップ６の下面中央部において凹部が形成され、この凹部の底面がダイヤフラム（薄肉部）９となっている。。このダイヤフラム９には４つのピエゾ抵抗層１０が不純物拡散にて形成されており、ピエゾ抵抗層１０がゲージ抵抗として機能する。又、センサチップ６におけるダイヤフラム９の周辺部（厚肉部）には、出力特性調整用抵抗（薄膜抵抗）１１を有する信号処理回路１２が集積化して形成されている。この信号処理回路１２はピエゾ抵抗層１０より生ずる信号に対し増幅等の処理を行う。
【００１５】
このセンサチップ６とガラス台座７とが接合されることによりダイヤフラム９の凹部の開口部が閉じられて基準圧力室１３が形成されている。
図１，２において、ケース本体２の上面とセンサチップ６の上面とはほぼ同じ高さとなっており、ケース本体２の上面には３枚の端子板１４が埋設されている。これら端子板１４とセンサチップ６の間がボンディングワイヤ１５で接続されている。又、ケース本体２における端子板１４に近い部位には圧力導入孔１６がケース本体２を上下方向に貫通するように設けられ、この圧力導入孔１６により被検出対象の圧力が閉鎖ケース１内に導入されている。
【００１６】
センサチップ６の表面はシリコーンゲル１７で覆われている。又、各端子板１４の端部はそれぞれケース本体２の外側に延設されており、外部端子（入出力端子）１８となっている。
【００１７】
このように、半導体圧力センサ５はセンサチップ６にダイヤフラム９と出力特性調整用抵抗１１とを備え、センサチップ６がガラス台座７の上に接合され、センサチップ６とガラス台座７との間に形成された基準圧力室１３に対する外部の印加圧力をダイヤフラム９に設けた検出素子としてのピエゾ抵抗層１０にて検出できるようになっている。
【００１８】
図４には、半導体圧力センサ５の電気的構成、即ち、ピエゾ抵抗層（ゲージ抵抗）１０を含めた信号処理回路１２の電気的構成を示す。
ダイヤフラム９に形成された４つのピエゾ抵抗層１０はフルブリッジ接続されている。この４つのピエゾ抵抗層１０を、図４においては抵抗Ｒs1, Ｒs2, Ｒs3, Ｒs4にて示す。又、抵抗Ｒs2に対して直列に抵抗Ｒtr1 が接続されるとともに、抵抗Ｒs4に対して直列に抵抗Ｒtr2 が接続されている。これらの抵抗Ｒtr1 ，Ｒtr2 は抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してグランド電位が印加される。
【００１９】
このブリッジ回路へは抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６およびオペアンプＯＰ１より構成される定電流回路Ｃ１から定電流が供給される。ブリッジ回路は、その定電流の供給を受けてダイヤフラム９への印加圧力に応じた電圧を図４のα点とβ点の電位差として出力する。
【００２０】
このα−β間電圧は、オペアンプＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４、トランジスタＴr1, Ｔr2、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒtr3 ，Ｒtr4 等よりなる差動増幅回路にて処理され、センサ信号出力用端子ＯＵＴから出力される。
【００２１】
ここで、抵抗Ｒtr1 ，Ｒtr2 ，Ｒtr3 ，Ｒtr4 は、出力特性調整用のトリミング抵抗（図３の出力特性調整用抵抗１１相当品）であって、レーザ加工にてその抵抗値を調整できるようになっている。
【００２２】
次に、半導体圧力センサ５の出力特性を図５を用いて説明する。
図５において、横軸に圧力をとり、縦軸にセンサ出力、即ち、図４の出力端子ＯＵＴからの出力値をとっている。この図５において特性線Ｌ１にて示すように、圧力Ｐ１での出力値が「Ｖ１」であり、圧力Ｐ２での出力値が「Ｖ２」となる特性を有する。より具体的には、Ｐ１＝１５０ｋＰａ、Ｖ１＝１．２ボルト、Ｐ２＝７５０ｋＰａ、Ｖ２＝３．６ボルトとなっている。
【００２３】
次に、このように構成した半導体圧力センサ６の製造方法を説明する。
まず、図６に示すように、シリコンウェハ２０を用意する。このシリコンウェハ２０には、図３に示すチップ毎の出力特性調整用抵抗１１を有する信号処理回路１２とチップ毎の薄肉のダイヤフラム９とチップ毎のピエゾ抵抗層１０とが形成されている。そして、図７に示すように、基準圧力下において、ガラス台座形成用ウェハ２１の上にシリコンウェハ２０を陽極接合する。この接合により、各圧力センサでのダイヤフラム９の凹部の開口部が塞がれ基準圧力室１３が形成される。
【００２４】
引き続き、図８に示す出力測定装置を用意する。つまり、チャンバ２２には連通管２３を介して圧力調整装置（真空ポンプおよび圧力計）２４が接続され、この圧力調整装置２４によりチャンバ２２の内部圧力を所望の値に設定することができるようになっている。チャンバ２２内にはウェハ載置台２５および移動装置２６が配置され、ウェハ載置台２５の上にウェハが保持でき、移動装置２６はウェハ載置台２５を移動させることができる。又、チャンバ２２内には測定用ボード２７が配置され、同ボード２７には測定針２８が設けられている。測定用ボード２７には出力測定機器２９が接続され、出力測定機器２９により測定針２８からの電気信号に対し増幅等の処理を行うとともに出力の測定結果の表示を行う。
【００２５】
そして、製造工程においては、チャンバ２２内でのウェハ載置台２５の上にウェハ２０，２１を保持し、移動装置２６にて測定針２８の下までウェハ２０，２１を移動するとともに、チップ内のパッド（図３にて符号１９にて示す）と測定針２８とを接触させる。これにより図４のＥ点とＨ点での電位差をブリッジ出力として得ることができる状態となる。この状態で圧力調整装置２４を用いてチャンバ２２内を第１の圧力（例えば、２０ｋＰａ）にし、出力測定機器２９により、その圧力下における半導体圧力センサ５のブリッジ出力を測定する。
【００２６】
次に、チャンバ２２内にウェハ２０，２１を配置した状態で、圧力調整装置２４にてチャンバ２２内を第２の圧力（例えば、１００ｋＰａ）にし、その圧力下における半導体圧力センサ５のブリッジ出力（図４のＥ−Ｈ間の電圧）を出力測定機器２９により測定する。
【００２７】
この大気圧以外の２つの圧力下におけるブリッジ出力の測定により図１１に示す２つのプロット点Ａ，Ｂを得る。つまり、図１１の横軸には圧力をとり、縦軸にはブリッジ出力値をとっており、２つのプロット点Ａ（Ｐ11，Ｖ11），Ｂ（Ｐ12，Ｖ12）を結ぶ直線Ｌ１１は、その傾きをθ１とし、切片（圧力ゼロでのブリッジ出力値）をＶ10としている。
【００２８】
そして、図８のチャンバ２２からウェハ２０，２１を取り出し、大気下において同ウェハ２０，２１をレーザトリミング装置にセットする。つまり、図９に示すように、ステージ３０上に、シリコンウェハ２０が接合されたガラス台座形成用ウェハ２１を載置するとともに、測定針３１をパッド（図３のパッド１９相当品）に当てながらレーザ装置３２からのレーザビームをトリミング用抵抗Ｒtr1 又はＲtr2 （図４参照）に照射して抵抗値を調整する。このとき、ブリッジ出力（図４のＥ−Ｈ間電圧）を測定しつつトリミングを行う。
【００２９】
その結果、図１１においてＬ１２に示すようにブリッジ出力特性をＬ１１から切片が「０」となる特性線Ｌ１２に調整される。
より詳しく説明すると、図１１の直線Ｌ１１は圧力Ｐとブリッジ出力Ｖとの関係式として次のように表される。
【００３０】
【数１】
0003635824.tif 000002
よって、圧力「０」にてブリッジ出力「０」となる直線Ｌ１２とは大気圧Ｐatmoにおいて
【００３１】
【数２】
0003635824.tif 000003
となるブリッジ出力Ｖset であり、このブリッジ出力Ｖset となるようにレーザトリミングを行う。
【００３２】
引き続き、図９の測定針３１をパッド（図３のパッド１９に相当する他のパッド）に当て、図４の出力端子ＯＵＴからのセンサ出力を測定しつつレーザ装置３２からのレーザビームをトリミング用抵抗Ｒtr3 （図４参照）に照射して抵抗値を調整する。
【００３３】
その結果、図１２においてＬ２０にて示す出力特性の傾きθ１がθ２に変更され、直線Ｌ２１となる。つまり、図４のトリミング用抵抗Ｒtr3 の抵抗値を調整することにより、図１２において圧力「０」の点を回転中心にして特性線の傾きが変更される。
【００３４】
さらに、図４の出力端子ＯＵＴからのセンサ出力を測定しつつ、図９のレーザ装置３２からのレーザビームをトリミング用抵抗Ｒtr4 （図４参照）に照射して抵抗値を調整する。
【００３５】
その結果、図５において直線Ｌ２１を縦軸方向に平行移動させて目的の特性線Ｌ１を得ることができる。
このように調整を終えた後、図１０に示すように、シリコンウェハ２０、ガラス台座形成用ウェハ２１を、チップ毎にダイシングして裁断する。その結果、図３の半導体圧力センサ５が製造される。
【００３６】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）内部圧力を調整可能なチャンバ２２内において、大気圧とは異なる２種類の圧力下（図１１のＰ11, Ｐ12）にて特性値（ブリッジ出力値Ｖ11, Ｖ12）を測定し（第１工程）、第２工程として大気圧下において、第１工程での特性値（ブリッジ出力値Ｖ11, Ｖ12）を元にブリッジ出力値を測定しつつ出力特性調整用抵抗１１（図４のＲtr1 又はＲtr2 ）をトリミングするようにした。よって、チャンバ２２内にトリミング装置を配置する手法やチャンバの外部からチャンバに設けた窓を通してレーザ照射を行う手法を用いることなく、大気中において一般的によく用いられているレーザトリミング装置を用いてレーザトリミングを容易に行うことができる。
（ロ）前記第１および第２工程はウェハ状態で行うようにしたので、容易に大量生産を行うことができる。
【００３７】
これまで述べた第１の実施の形態においては、チャンバ２２内において大気圧とは異なる２種類の圧力下（Ｐ11, Ｐ12）にて特性値（ブリッジ出力値Ｖ11, Ｖ12）を測定したが、チャンバ２２内において大気圧とは異なる３種類以上の圧力下にて特性値（ブリッジ出力値）を測定し、この特性値（ブリッジ出力値）を元に大気圧下において特性値（ブリッジ出力値）を測定しつつ出力特性調整用抵抗をトリミングしてもよい。つまり、図１１においてはＡ点とＢ点の２点にて直線Ｌ１１を決定したが、３点以上のプロット点から最小二乗法等により直線Ｌ１１を決定してもよい。
【００３８】
又、図８において測定ボード２７の下面に圧力測定器３３を配置し、この測定結果に基づいて圧力調整装置２４にてチャンバ２２の内部を所望の圧力に設定するようにしてもよい。このようにチャンバ２２内でのダイヤフラムの圧力を圧力測定器３３にて測定することにより、チャンバ２２内における圧力分布による圧力誤差を補償することができ、正確なる出力の測定を行うことができる。つまり、チャンバ２２内の圧力分布が一様でなく、特にウェハを移動させるような大きな装置２６が入ったチャンバ２２内において内部の圧力を一様に保つのが困難な場合においても高精度なトリミングを行うことができることとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３９】
前記第１の実施の形態においては、チャンバ２２内において大気圧とは異なる少なくとも２種類の圧力下にてブリッジ出力値Ｖ11，Ｖ12を測定し、大気圧下においてブリッジ出力値Ｖ11，Ｖ12を元にブリッジ出力値を測定しつつ抵抗をトリミングした。これに対し、本実施の形態では、内部圧力を調整可能なチャンバ２２内において、大気圧とは異なる圧力下にてブリッジ出力値を測定し、大気圧下において、ブリッジ出力値を測定し、当該出力値と前記ブリッジ出力値を元にブリッジ出力値を測定しつつ抵抗をトリミングする。
【００４０】
より具体的には、図８のチャンバ２２内において、大気圧とは異なる図１３の圧力Ｐ11においてブリッジ出力値Ｖ11を測定する。そして、ウェハ２０，２１をチャンバ２２から出して大気中でのブリッジ出力の測定を行い、図１３のブリッジ出力値Ｖ13を得る。さらに、図９のレーザ装置３２を用いてトリミングを行う。
【００４１】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）内部圧力を調整可能なチャンバ２２内において、大気圧とは異なる圧力下（Ｐ11) にて特性値（ブリッジ出力値Ｖ11）を測定し（第１工程）、大気圧下において、特性値（ブリッジ出力値Ｖ13）を測定し当該特性値（ブリッジ出力値Ｖ13）と第１工程での特性値（ブリッジ出力値Ｖ11）を元に特性値（ブリッジ出力値）を測定しつつ出力特性調整用抵抗をトリミングするようにした（第２工程）。よって、本実施の形態においても、チャンバ２２内にトリミング装置を配置する手法やチャンバの外部からチャンバに設けた窓を通してレーザ照射を行う手法を用いることなく、大気中において一般的によく用いられているレーザトリミング装置を用いてレーザトリミングを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態におけるパッケージングされた半導体圧力センサの平面図。
【図２】  図１のII−II断面図。
【図３】  半導体圧力センサの斜視図。
【図４】  半導体圧力センサの電気的構成を示す図。
【図５】  出力特性を示す図。
【図６】  半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図７】  半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図８】  半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図９】  半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１０】  半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１１】  トリミングを説明するための図。
【図１２】  トリミングを説明するための図。
【図１３】  第２の実施の形態におけるトリミングを説明するための図。
【図１４】  相対圧センサを示す断面図。
【図１５】  絶対圧センサを示す断面図。
【符号の説明】
６…センサ本体としてのセンサチップ、７…ガラス台座、９…ダイヤフラム、１０…検出素子としてのピエゾ抵抗層、１１…出力特性調整用抵抗、１３…基準圧力室、２２…チャンバ
【図１】
0003635824.tif 000004
【図２】
0003635824.tif 000005
【図３】
0003635824.tif 000006
【図４】
0003635824.tif 000007
【図５】
0003635824.tif 000008
【図６】
0003635824.tif 000009
【図７】
0003635824.tif 000010
【図８】
0003635824.tif 000011
【図９】
0003635824.tif 000012
【図１０】
0003635824.tif 000013
【図１１】
0003635824.tif 000014
【図１２】
0003635824.tif 000015
【図１３】
0003635824.tif 000016
【図１４】
0003635824.tif 000017
【図１５】
0003635824.tif 000018