(57)【要約】【課題】  半導体基板と支持体基板との接合部や接合部周辺に生ずる応力集中を低減することができる半導体圧力センサを実現することにある。【解決手段】  本発明は、半導体基板に形成されたダイアフラムが圧力によってたわみ、その歪みをダイアフラム上に形成された圧力検出素子が検出する半導体圧力センサに改良を加えたものである。本センサは、一方の面に圧力検出素子を有し、他方の面に凹部を形成してダイアフラム及び支持部が設けられる半導体基板と、この半導体基板の他方の面の支持部に接合され、この接合される接合部の外周の形状が円形である支持体基板とを有することを特徴とするものである。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に圧力検出素子を有し、他方の面に凹部を形成してダイアフラム及び支持部が設けられる半導体基板と、
この半導体基板の他方の面の支持部に接合され、この接合される接合部の外周の形状が円形である支持体基板と
を有することを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
一方の面に圧力検出素子を有し、他方の面に凹部を形成してダイアフラム及び支持部が設けられる半導体基板と、
この半導体基板の他方の面の支持部に接合される支持体基板と
を有し、前記支持体基板の接合部の外周の角部を、直線または曲面に面取りした面取り部を設けたことを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記半導体基板と前記支持体基板は、陽極接合されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
前記半導体基板の外周の形状は、エッチングで形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に形成されたダイアフラムが圧力によってたわみ、その歪みをダイアフラム上に形成された圧力検出素子が検出する半導体圧力センサに関するものであり、詳しくは、半導体基板と支持体基板との接合部や接合部周辺に生ずる応力集中を低減することができる半導体圧力センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の半導体圧力センサの構成図であり、図７（ａ）は断面図であり、図７（ｂ）は支持体基板の底面側から示した図である（例えば、特許文献１〜５参照）。図７において、半導体基板１０は、例えば、シリコン等の半導体であり、一方の面に歪みゲージ１１が形成され、他方の面に凹部１２を形成してダイアフラム１３及び支持部１４が形成される。なお、歪みゲージ１１は、圧力検出素子である。
【０００３】
支持体基板２０は、例えば、パイレックス（登録商標）等のガラスであり、基板１０の他方の面と陽極接合等によって接合される。また、支持体基板２０は、ダイアフラム１３に圧力を加えるための連通孔２１が設けられる。接合部２２は、支持体基板２０が半導体基板１０と接合される部分である。支持体基板２０がガラスであれば、接合部２２は灰色部のように見える。
【０００４】
溝２３は、支持体基板２０に設けられ、半導体基板１０と接合される面側の外周を加工して形成されるものであり、陽極接合時の半導体基板１０の基板反りの影響の緩和や圧力センサの特性向上のために接合面積を調整する目的で形成される。接合エッジ部２４（図１（ａ）中、破線で囲った部分）は、接合部２２や接合部２２周辺の部分であり、具体的には、接合部２２と溝２３とにかかっており、接合部２２の外周側の端付近と溝２３の基板１０側付近である。角部２５は、接合部２２のうち、直線部分の辺部と辺部とが交差する部分である。
【０００５】
このようなセンサの製造方法を説明する。
シリコンのウエハ上に半導体基板１０が複数作成される。一方、ガラスのウエハ上に支持体基板２０が複数作成される。なお、溝２３の加工は、例えば、ダイシング加工で行なわれる。そして、基板１０のウエハと基板２０のウエハとを重ね合わせ、ウエハ一括で陽極接合を行い、接合後に図１に示すようなチップ単位に切り出される。この場合、半導体基板１０と支持体基板２０の外形はほぼ等しくなるが、溝２３によって、接合部２２の外形は、半導体基板１０の他方の面の外形よりも小さく、角形形状になる。そして、半導体基板１０が、支持体基板２０を介して図示しない金属部品に取り付けられる。
【０００６】
なお、量産の場合には、陽極接合をウエハ一括で行なうことが多いが、チップに切り出した基板１０、２０のそれぞれで陽極接合してもよい。
【０００７】
次に、図７に示すセンサの動作を説明する。
ダイアフラム１３の外側や連通孔２１を介してダイアフラム１３の内側に圧力が印加され、ダイアフラム１３がたわむ。そして、歪みゲージ１１がダイアフラム１３の歪みを検出する。
【特許文献１】実開平４−５９４３７号公報
【特許文献２】実開平５−５０３３５号公報
【特許文献３】実公平６−４３０１号公報
【特許文献４】特開昭６３−１９６８２６号公報
【特許文献５】特開平２−１５８１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、半導体基板１０と支持体基板２０とは材質が異なり、熱膨張係数が異なるため、陽極接合温度（約４００℃）から室温に戻すと、熱応用による応力集中が接合エッジ部２４に発生するが、特に角部２５に集中するという問題があった。
【０００９】
また、ダイアフラム１３の外側に圧力が印加された場合、半導体基板１０と支持体基板２０のヤング率の差により変形量に差が出るため、応力集中が接合エッジ部２４に発生するが、特に角部２５に集中するという問題があった。
【００１０】
そして、直線部分の辺部に比べて角部２５への応力集中が大きくなり、基板１０、２０が破壊されるという問題があった。
【００１１】
そこで本発明の目的は、半導体基板と支持体基板との接合部や接合部周辺に生ずる応力集中を低減することができる半導体圧力センサを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、
一方の面に圧力検出素子を有し、他方の面に凹部を形成してダイアフラム及び支持部が設けられる半導体基板と、
この半導体基板の他方の面の支持部に接合され、この接合される接合部の外周の形状が円形である支持体基板と
を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、
一方の面に圧力検出素子を有し、他方の面に凹部を形成してダイアフラム及び支持部が設けられる半導体基板と、
この半導体基板の他方の面の支持部に接合される支持体基板と
を有し、前記支持体基板の接合部の外周の角部を、直線または曲面に面取りした面取り部を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、
前記半導体基板と前記支持体基板は、陽極接合されることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、
前記半導体基板の外周の形状は、エッチングで形成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１、３、４によれば、半導体基板と支持体基板とが接合される接合部の外周の形状を円形にするので、接合時に発生する熱応力や圧力印加により発生する応力が円周上に分散する。これにより、半導体基板と支持体基板との接合部や接合部周辺に生ずる応力集中を低減することができる。従って、半導体基板や支持体基板の破壊を防ぐことができる。
【００１６】
請求項２〜４によれば、半導体基板と支持体基板とが接合される接合部の外周の角部を面取りするので、接合時に発生する熱応力や圧力印加により発生する応力が面取り部に分散する。これにより、半導体基板と支持体基板との接合部や接合部周辺に生ずる応力集中を低減することができる。従って、半導体基板や支持体基板の破壊を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示した構成図であり、図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ）は支持体基板の底面側から示した図である。ここで、図７と同一のものには同一符号を付し説明を省略する。図１において、接合部２６は、支持体基板２０が半導体基板１０の他方の面に形成される支持部１４と接合される部分であり、図７に示す接合部２２のような角形形状でなく、外周の形状が円形に形成される。溝２７は、支持体基板２０に設けられ、溝２３の代わりに半導体基板１０と接合される面側の外周を加工して形成されるものである。すなわち、この溝２７によって接合部２６の外周の形状が形成されている。なお、溝２７は、溝２３と同様に、陽極接合時の半導体基板１０の基板反りの影響の緩和や圧力センサの特性向上のために接合面積を調整する目的で形成される。
【００１８】
ここで、図２は、接合部２６の近傍を拡大した断面構成図であリ、図１と同一のもには同一符号を付し、説明を省略する。図２において、接合部２６のＡ点からＢ点間と、溝２７を形成するＢ点からＣ点（図２中、太線で図示）が、接合エッジ部２４である。
【００１９】
このようなセンサの製造方法は、図７に示すセンサの製造方法と同様だが、異なる部分は、接合部２６の外周の形状が円形となるように、溝２７が加工される。例えば、接合部２６となる部分をマスキングしてエッチングにより加工される。
【００２０】
ここで、図３は、陽極接合温度（約４００℃）から室温に戻す際に発生する熱応力を示した応力分布図であり、応力集中が特に発生するＢ−Ｃ点間を示している。図３において、横軸は、Ｂ点とＣ点間の位置である。縦軸は、主応力であり、＋側は引張り方向の応力であり、−側は圧縮方向の応力である。図３（ａ）は、図７に示す接合部２２の接合形状が角形の場合であり、図３（ｂ）は、図１に示す接合部２６の接合形状が円形の場合である。なお、半導体基板１０がシリコンで、支持体基板２０がパイレックス（登録商標）の場合を一例として挙げる。
【００２１】
半導体基板１０と支持体基板２０の熱膨張係数差により、陽極接合温度から室温に戻すと、熱応力による応力集中が接合エッジ部（特に、溝２７を形成するＢ点とＣ点の中間付近）２４に発生するが、図に示すように、外周の形状が角形の接合部２２に比べて、外周の形状が円形の接合部２６の方が最大発生応力が低下している、これは、角部２５に集中していた応力が、円周上に分散するため最大発生応力が低下している。
【００２２】
次に、図１に示すセンサの動作を説明する。
ダイアフラム１３の外側や連通孔２１を介してダイアフラム１３の内側に圧力が印加され、ダイアフラム１３がたわむ。そして、歪みゲージ１１がダイアフラム１３の歪みを検出する。
【００２３】
ここで、図４は、ダイアフラム１３の外側に圧力が印加された場合に発生する応力を示した応力分布図であり、応力集中が特に発生するＡ−Ｂ点間を示している。図４において、横軸は、Ａ点とＢ点間の位置である。縦軸は、主応力であり、＋側は引張り方向の応力であり、−側は圧縮方向の応力である。図４（ａ）は、図７に示す接合部２２の接合形状が角形の場合であり、図４（ｂ）は、図１に示す接合部２６の接合形状が円形の場合である。
【００２４】
ダイアフラム１３の外側に圧力が印加された場合、半導体基板１０と支持体基板２０のヤング率の差により変形量に差がでるため、接合エッジ部（特に、接合部２２の外周側の端となるＢ点）２４に応力集中が発生するが、図４に示すように、外周の形状が角形の接合部２２に比べて、外周の形状が円形の接合部２６の方が最大発生応力が低下している、これは、角部２５に集中していた応力が、円周上に分散するため最大発生応力が低下している。
【００２５】
このように、半導体基板１０と支持体基板２０とが接合される接合部２６の外周の形状を円形にするので、接合時に発生する熱応力や圧力印加により発生する応力が円周上に分散する。これにより、半導体基板と支持体基板との接合部や接合部周辺に生ずる応力集中を低減することができる。従って、半導体基板や支持体基板の破壊を防ぐことができる。
【００２６】
［第２の実施例］
図５は、本発明の第２の実施例を示した構成図である。図５（ａ）は断面図であり、図５（ｂ）は支持体基板の底面側から示した図である。ここで、図７と同一のものには同一符号を付し説明を省略する。図５において、接合部２８は、図７に示す接合部２２の外周の角部２５を曲面に面取りした面取り部３０を有する。もちろん、溝２９を加工することによって接合部２８の外周の形状が形成されている。なお、溝２９は、溝２３、２７と同様に、陽極接合時の半導体基板１０の基板反りの影響の緩和や圧力センサの特性向上のために接合面積を調整する目的で形成される。
【００２７】
このようなセンサの製造方法は、図１に示すセンサの製造方法と同様だが、異なる部分は、接合部２８の外周の直線部分の辺部と辺部とが交差する角部２５が、曲面の面取り部３０となるように溝２９が加工される。なお、図５に示すセンサの動作は、図１に示すセンサの動作と同様なので説明を省略する。
【００２８】
このように、半導体基板１０と支持体基板２０とが接合される接合部２６の外周の角部２５を面取りするので、接合時に発生する熱応力や圧力印加により発生する応力が面取り部３０に分散する。これにより、半導体基板と支持体基板との接合部や接合部周辺に生ずる応力集中を低減することができる。従って、半導体基板や支持体基板の破壊を防ぐことができる。
【００２９】
また、図１に示す接合部２６よりも接合面積を大きくとることができるので、ダイアフラム１３径が大きく、円形形状を適用するのが困難な場合に有効である。
【００３０】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
図５に示すセンサにおいて、面取り部３０を曲面にする構成を示したが、図６に示すように直線で面取りした面取り部３０を形成し、接合部２８の外周が多角形と成るように形成してもよい。もちろん、複数の角部２５のうち一部を曲線で面取りし、残りを直線で面取りしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例を示した構成図である。
【図２】図１に示す接合部２６近傍を拡大した断面構成図である。
【図３】陽極接合温度から室温に戻す際に発生する熱応力を示した応力分布図である。
【図４】ダイアフラム１３の外側に圧力が印加された場合に発生する応力を示した応力分布図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示した構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示した構成図である。
【図７】従来の半導体圧力センサの構成を示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  半導体基板
１１  歪みゲージ
１２  凹部
１３  ダイアフラム
１４  支持部
２０  支持体基板
２５  角部
２６、２８  接合部
３０  面取り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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