(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に掘り込んで形成したダイヤフラムと、このダイヤフラムのたわみ量を検出する回路素子を形成しているシリコン基板と、検知対象導入用の貫通孔を形成したガラス基板とを、シリコン基板のダイヤフラム掘り込み部側を接合面側として、陽極接合法によって接合する工程を備える半導体圧力センサの製造方法において、ガラス基板との接合面となるシリコン基板の肉厚部底面に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層を形成し、ガラス基板との接合面となるシリコン基板の肉厚部底面と共に、ダイヤフラム掘り込み面全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層を形成し、その後、シリコン基板とガラス基板を接合することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体圧力センサの製造方法に関し、詳しくは、センサチップとガラス台座からなるセンサ本体を有する半導体圧力センサの製造方法であって、センサチップとなる、シリコン基板に掘り込んで形成したダイヤフラム（肉薄部）と、このダイヤフラムのたわみ量を検出する回路素子とを形成しているシリコン基板と、ガラス台座となる検知対象導入用の貫通孔を形成したガラス基板とを、陽極接合法によって接合する工程を備える半導体圧力センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、半導体圧力センサの製造の際に使用される、シリコン基板に掘り込んで形成したダイヤフラムとこのダイヤフラムに配置して形成した圧力検知用回路素子を備えるシリコン基板と、ガラス台座となるガラス基板との、従来の接合方法を示す断面図であり、図１４は、本発明が適用される半導体圧力センサの従来例の一例を示す断面図である。
【０００３】
図１４に示す半導体圧力センサは、例えば車載ＣＶＴ（無断変速機）用のオイル圧力検知等の用途で、高圧領域の圧力検知に使用される。このような半導体圧力センサでは、圧力によって生ずるダイヤフラム３の歪みを電気信号として取り出す働きを有するセンサチップ１とガラス台座２からなるセンサ本体が、金属パイプ２０を備えているパッケージ１４内に固定されていて、センサチップ１の表面には保護樹脂を塗布してオーバーコート１９が形成されている。ここで、センサ本体をガラス台座２付きの構造としているのは、パッケージ１４からの応力の影響を抑えて、センサチップ１の精度を高めるためである。そして、液体のオイル、水、空気等の圧力検知対象が金属パイプ２０及びガラス台座２内の貫通孔５を経由して半導体圧力センサ内に導入され、導入された流体（検知対象）の圧力によって生じるセンサチップ１のダイヤフラム３のたわみ量の変化（歪み）を、ダイヤフラム３に形成されているピエゾ抵抗素子（回路素子）が電気信号に変換することによって、この半導体圧力センサでは圧力の検知が行われる。
【０００４】
パッケージ１４はＰＰＳやＰＢＴ等のプラスチックで形成され、その中心にコバール製等の金属パイプ２０が配置されていて、この金属パイプ２０と、下面にメタライズ２１が施されているガラス台座２とが、半田等（錫、錫−アンチモン合金、鉛、錫−鉛合金、金−シリコン合金、錫−銀合金等）の接合用金属１５により接合される。ガラス台座２の下面のメタライズ２１層は、最下層Ｃｒ／Ｐｔ／最上層Ａｕ、最下層Ｔｉ／Ｎｉ／最上層Ａｕ、最下層Ｔｉ／Ｐｔ／最上層Ａｕなどの構成とすることが可能であり、最上層のＡｕの表面に半田が塗れるようになっている。また、パッケージ１４にはリード１７がプリモールドされており、金又はアルミ製のワイヤ１６によってセンサチップ１の表面のアルミパッドとリード１７とが電気接続される。図１４で符号１８はふたを示している。
【０００５】
上記のような半導体圧力センサの製造方法について、図１３を参照して以下に説明する。回路素子（ピエゾ抵抗素子）４を形成したシリコン基板（シリコンウェハ）３１に、ダイヤフラム３を形成するための窓開けは、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン基板３１に形成したシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜をエッチングして形成する。窓開けをしなかった部分のシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜は、ＫＯＨ水溶液等を用いてダイヤフラム形成の掘り込みを行わない部分のシリコンに対する保護膜（マスク）として用いる。そして、これら保護膜（マスク）は、一般的にはダイヤフラム３の形成後に、ドライエッチングやフッ酸等のウェットエッチングで除去される。そして、シリコン基板３１に形成するダイヤフラム３は、ＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ液（tetra methyl ammonium hydrooxide solution）等を用いて、異方性エッチングして形成し、ダイヤフラム３の厚みは約４０μｍ〜１５０μｍ程度であり、薄いほど感度が良いが、破壊耐圧強度は低くなる傾向となる。なお、ここでいう破壊耐圧強度とは印加圧力に耐え得る程度を表わす特性であって、圧力に耐えられずに破壊に至るときの印加圧力値で評価する特性を示している（以下同じ）。一方、ガラス台座２となるガラス基板３２に形成する検知対象導入用の貫通孔５の加工には、一般に超音波ホーン加工法が用いられている。
【０００６】
上記のようにして複数のダイヤフラム３を形成したシリコン基板３１とナトリウムやリチウム等のアルカリイオン成分を含有するガラス基板３２を陽極接合法により接合する。この陽極接合は、図１３に示すようにシリコン基板３１のダイヤフラム形成の掘り込みを行った面と反対側の面にセットする電極ピン１２をプラス電極、ガラス基板３２の底面側にセットする下ヒータ電極１３をマイナス電極として、約４００〜１０００Ｖの直流電圧を印加し、約３３０〜５００℃の高温中で、数百ｇの荷重をかけて、真空又は窒素雰囲気にしているチャンバー内で行う。この陽極接合では、シリコン基板３１のシリコン（Ｓｉ）とガラス基板３２中の酸素イオンが静電引力により原子的に結合し、接合界面には数ｎｍ（ナノメータ）のシリコン酸化膜が形成されると考えられる。シリコン基板３１とガラス基板３２を接合した後、チップサイズに個々にダイシングして、センサチップ１とガラス台座２からなるセンサ本体は製造され、このセンサ本体をパッケージ１４に装着して図１４に示した半導体圧力センサは製造される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の製造方法によって製造した半導体圧力センサでは、破壊耐圧強度が低く、車載用途等の、より高圧領域の圧力検知を求められる用途では、さらなる破壊耐圧強度の向上が求められていた。そして、破壊耐圧強度の向上のために、ダイヤフラムの形状について、ダイヤフラムの開口形状を方形から楕円状に変更したりしても、改善効果は顕著ではなく、破壊耐圧強度の向上が達成できる他の改善策が求められていた。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、破壊耐圧強度が従来よりも向上する半導体圧力センサを製造することができる半導体圧力センサの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、ガラスに対する接合強度を各種検討して、シリコンとガラスを接合した強度より、アルミニウムとガラスを接合した強度の方が高いという知見を得ると共に、高圧のオイルを貫通孔から半導体圧力センサ内に導入した際の、半導体圧力センサの破壊について検討したところ、ダイヤフラムの厚みが薄い場合（８０μｍ以下の厚さ）には、図１４で示したセンサチップ１のダイヤフラム部３の付け根部５１にクラックが入って、ダイヤフラムが吹き飛び、ダイヤフラムの厚みが厚い場合（８０μｍを越える厚さ）には、センサチップ１（シリコン基板）とガラス台座２（ガラス基板）の接合個所の、内部側にあるくさび状角部５２からクラックがセンサチップ１に入って、その上方部分が吹き飛んで破壊に至っていて、また、ダイヤフラム３を形成するためのダイヤフラム掘り込み部３４の内壁傾斜面３５（［１１１面］）にマイクロクラックがあると、その箇所を起点としてクラックが拡大し破壊に至るとの知見を得た。また、図１４で示した、金属パイプ２０とガラス台座２との接合部分は、その接合強度が高いため、破壊されることは殆どないということも見出した。
【００１０】
そして、これらの知見を基に、破壊耐圧強度を向上するための手段を各種検討した結果、本発明に到ったものである。
【００１１】
請求項１に係る発明の半導体圧力センサの製造方法は、シリコン基板に掘り込んで形成したダイヤフラムと、このダイヤフラムのたわみ量を検出する回路素子を形成しているシリコン基板と、検知対象導入用の貫通孔を形成したガラス基板とを、シリコン基板のダイヤフラム掘り込み部側を接合面側として、陽極接合法によって接合する工程を備える半導体圧力センサの製造方法において、ガラス基板との接合面となるシリコン基板の肉厚部底面に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層を形成し、ガラス基板との接合面となるシリコン基板の肉厚部底面と共に、ダイヤフラム掘り込み面全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層を形成し、その後、シリコン基板とガラス基板を接合することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、接合面となるシリコン基板の肉厚部底面に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層を形成しているので、シリコン基板とガラス基板の接合強度が高まる。アルミニウム層の厚みが１μｍ未満では、シリコン基板とガラス基板の接合強度の改善が顕著でなく、また、３μｍを越えると、形成したアルミニウム膜の応力によって、センサチップとなるシリコン基板が大きく変形する（反りを生じる）ために接合後に得られるセンサ本体のオフセット電圧がバラツクと共にその温度特性が悪くなり、センサチップの検知精度が低下する問題が生じるために、この発明では、接合面となるシリコン基板の肉厚部底面に形成するアルミニウム層の厚さを１μｍ〜３μｍの範囲内と特定しているものである。
【００１４】
この発明では、ダイヤフラム掘り込み面全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層を形成しているので、図１４に示す、クラックが入りやすい位置である、ダイヤフラム３の付け根部５１や、センサチップ１とガラス台座２の接合個所の、内部側にあるくさび状角部５２などの部分がアルミニウム層で被覆されて丸くなり、また、ダイヤフラム３を形成するダイヤフラム掘り込み部３４の内壁傾斜面３５（［１１１面］）に生じ易いマクロクラックもアルミニウム層で被覆されるので、高圧が半導体圧力センサに印加されても、応力集中が緩和されクラックが生じにくくなり、従って、さらなる破壊耐圧強度の向上作用がある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態及び参考例を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図２は、本発明に係る半導体圧力センサの製造方法の実施形態を、図１、図３〜図１２は、参考例を説明するための断面図である。
【００３５】
図１は発明の参考例１を説明するための断面図である。参考例１では、図１に示すように、ダイヤフラム３に回路素子４（ピエゾ抵抗素子）を有し、ダイヤフラム３を掘り込んで形成していてるセンサチップ１を複数備えているシリコン基板３１の、ダイヤフラム掘り込み部３４側を接合面として、ガラス基板３２と接合するに際して、接合面となる、シリコン基板３１の肉厚部底面３６に、スパッタ又は蒸着により、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６を形成する。この参考例１では、ダイヤフラム掘り込み部３４を例えばメタルマスク（窓開けしたＳＵＳ等の金属板）を用いてマスクして、スパッタ又は蒸着することにより、ダイヤフラム掘り込み部３４にアルミニウム層は形成せずに、肉厚部底面３６にアルミニウム層６を形成することができる。
【００３６】
そして、アルミニウム層６を肉厚部底面３６に形成したシリコン基板３１とガラス基板３２〔コーニング社の「パイレックス」ガラス（ＰＹＲＥＸは登録商標）等〕とを重ね、陽極接合法で接合する。次いで、接合を終えたものを、チップサイズに個々にダイシングして、図１４に示すようなセンサチップ１とガラス台座２からなるセンサ本体を作製し、次いで、図１４に示したパッケージ１４に装着し、ワイヤーボンディング及び、保護樹脂によるオーバーコート等を行って、半導体圧力センサを製造する。
【００３７】
この製造方法では、陽極接合の際に、金属原子であるアルミニウムがガラス基板３２中に拡散していき、ガラス中のＮａの存在する位置にアルミニウム原子が到達し、酸化物を形成することにより強固な接合が達成されるものと考えられる。アルミニウムとガラスを接合した強度と、シリコンとガラスを接合した強度を比較するために、ガラス基板〔コーニング社の「パイレックス」ガラス（ＰＹＲＥＸは登録商標）＃７７４０〕に対し、アルミニウム及びシリコンをそれぞれ同じ温度（４００℃）と同じ電圧（６００Ｖ）で陽極接合したものについて、剪断強度を測定したところ、単位面積当たりの接合強度は、アルミニウムとガラスが５５ＭＰａで、シリコンとガラスは４１ＭＰａであり、アルミニウムとガラスを接合した強度の方が高いことが確認された。この点については、アルミニウムはＳｉよりも酸化物になりやすいため、ガラス中の酸素原子との接合が進むことが、Ｓｉより接合強度が大きくなる原因の一つと考えられる。また、アルミニウムは軟らかく、シリコン面上の微小な凹凸を埋め込み、接合面に多少の突起（但し１μｍ未満）があっても、アルミニウムの塑性変形により吸収でき、ボイド（空隙）等を発生させることなく、確実な接合を達成できることも、接合強度がシリコンよりも高い原因の一つと考えられる。さらに、アルミニウムが軟らかいという性質より、接合界面に応力が加わった場合、これを緩衝する作用があることも、接合強度がシリコンよりも高い有力な原因と考えられる。
【００３８】
そして、この参考例１では、接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６に形成するアルミニウム層６の厚さは、１μｍ〜３μｍの範囲内であることが重要である。アルミニウム層６の厚みが１μｍ未満では、シリコン基板３１とガラス基板３２の接合強度の改善が顕著でなく、また、３μｍを越えると、形成したアルミニウム膜の応力によって、センサチップとなるシリコン基板３１が大きく変形する（反りを生じる）ために接合後に得られるセンサ本体のオフセット電圧がバラツクと共にその温度特性が悪くなり、センサチップの検知精度が低下する問題が生じるからである。すなわち、アルミニウムの熱膨張係数は２３．１ｐｐｍ／℃（於ける２０℃）と、シリコンの熱膨張係数２．６ｐｐｍ／℃（於ける２０℃）に比べると非常に大きいため、アルミニウム層６の厚みを増すと大きな応力を発生することになるので、アルミニウム層６の厚みを３μｍ以下にすることは、半導体圧力センサの精度低下を防止するために、極めて重要なことである。
【００３９】
（参考例１及び比較例）
参考例１：図１に示すように、ダイヤフラム３に回路素子４（ピエゾ抵抗素子）を有し、ダイヤフラム３を掘り込んで形成しているセンサチップ１を複数備えているシリコン基板３１の肉厚部底面３６に厚さが１．５μｍのアルミニウム層６を形成した後、ガラス基板３２〔コーニング社の「パイレックス」ガラス（ＰＹＲＥＸは登録商標）〕と重ね、陽極接合法で接合し、次いで、接合を終えたものを、チップサイズ（２．５ｍｍ角）に個々にダイシングして、図１４に示すようなセンサチップ１とガラス台座２からなるセンサ本体を作成した。さらに、このセンサ本体のガラス台座２にメタライズを施した後、パッケージ１４に備わるコバール製の金属パイプ２０と、センサ本体とを半田ダイボンドして接合し、半導体圧力センサ（参考例１）を作製した。この参考例１の半導体圧力センサについて、金属パイプ２０からオイルを圧入して、破壊耐圧強度を測定したところ、３１ＭＰａとの測定結果を得た。
【００４０】
比較例：
シリコン基板３１の肉厚部底面３６にアルミニウム層６を形成することなしに、ガラス基板３２と重ね、陽極接合法で接合するようにした比較例（他の条件は上記の参考例１と同一条件で行ったもの）について、参考例１と同様にして破壊耐圧強度を測定したところ、１８ＭＰａとの測定結果を得た。
【００４１】
この参考例１と比較例の比較から、参考例１に係る発明の製造方法によれば、破壊耐圧強度が改善された半導体圧力センサが製造できることを確認した。
【００４２】
図２は請求項１に係る発明の実施形態（第１実施形態）を説明するための断面図である。第１実施形態の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００４３】
この第１の実施形態の製造方法では、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６を形成するので、図１４に示す半導体圧力センサにおいて、クラックが入りやすい位置である、ダイヤフラム３の付け根部５１や、センサチップ１とガラス台座２の接合個所の、内部側にあるくさび状角部５２などの部分がアルミニウム層６で被覆されて丸くなり、また、ダイヤフラム掘り込み部３４の内壁斜面３５（［１１１面］）に生じ易いマクロクラックもアルミニウム層６で被覆されるので、オイル等により高圧が半導体圧力センサに印加されても、応力集中が緩和されクラックが生じにくくなり、従って、破壊耐圧強度が、さらに改善された半導体圧力センサを製造することができるという効果を奏する。
【００４４】
次に、図３は発明の参考例２を説明するための断面図である。参考例２の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成すると共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１００ｎｍ〜５００ｎｍのアルミニウム層６を形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を接合する。この場合には、まず、シリコン基板３１の接合面側にダイヤフラム掘り込み部３４を形成した後、メタルマスク等を用いて、肉厚部底面３６にアルミニウム層６を形成し、次いで、別のメタルマスク等を用いてダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１００ｎｍ〜５００ｎｍのアルミニウム層６を形成することで、厚さが異なるアルミニウム層６を形成することができる。
【００４５】
この参考例２に係る発明では、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１００ｎｍ〜５００ｎｍのアルミニウム層６を形成しているので、請求項２に係る発明と同様に破壊耐圧強度の向上ができると共に、ダイヤフラム３の受圧面に形成するアルミニウム層６の厚みが極めて薄いので、アルミニウム膜に起因する応力のダイヤフラム３への影響を極めて小さくでき、オフセット電圧の温度特性等に悪影響を与えることがないので、半導体圧力センサの精度低下防止がより確実となる。
【００４６】
次に、図４は発明の参考例３を説明するための断面図である。参考例３の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成した後、さらに、ダイヤフラム掘り込み面３３に形成したアルミニウム層６の上に、スパッタ又は蒸着により、厚さが１００ｎｍ〜１．０μｍの金層７を形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００４７】
ダイヤフラム掘り込み面３３に形成したアルミニウム層６の上に、金層７を形成する方法は、アルミニウム層６を形成した後、レジストをシリコン基板３１の接合面側の全面（アルミニウム層６の全面）に塗布し、フォトリソグラフィによりダイヤフラム掘り込み面３３に塗布したレジストを除去して窓開けを行い、ついで、金層７を例えばスパッタによりダイヤフラム掘り込み面３３に形成し、次いで、シリコン基板３１に残存するレジストを薬品で除去する（このレジスト上の金も同時に除去できる。）方法により行うことができる。
【００４８】
このように、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、耐食性が高い金層７を形成すると、腐食性のオイルや、酸性又はアルカリ性の液体、腐食性ガス等が検知対象の場合でも、使用可能な半導体圧力センサを製造することができるようになる。
【００４９】
次に、図５は発明の参考例４を説明するための断面図である。参考例４の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１００ｎｍ〜１．０μｍの金層７をスパッタ又は蒸着により形成した後、さらに、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６に形成した金層７の上に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００５０】
ダイヤフラム掘り込み面３３全体を耐食性の高い金層７で被覆しているので、図１４に示す半導体圧力センサにおいて、クラックが入りやすい位置である、ダイヤフラム３の付け根部５１や、センサチップ１とガラス台座２の接合個所の内部側にあるくさび状角部５２などの部分が金層７で被覆され、また、ダイヤフラム掘り込み部３４の内壁傾斜面３５（［１１１面］）に生じ易いマクロクラックも金層７で被覆されるので、オイル等により、高圧が半導体圧力センサに印加されても、応力集中が緩和されクラックが生じにくくなり、従って、上記の参考例１の効果に加えて、さらなる破壊耐圧強度の向上が達成できるようになり、且つ、腐食性のオイルや、酸性又はアルカリ性の液体、腐食性ガス等が検知対象の場合にも、使用可能な半導体圧力センサを製造することができるようになる。
【００５１】
次に、図６は発明の参考例５を説明するための断面図である。参考例５の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成した後、さらに、ダイヤフラム掘り込み面３３に形成したアルミニウム層６の表面を沸騰水処理又は過蒸気処理を行ってアルマイト化して耐食性酸化皮膜８を形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００５２】
アルミニウム層６の表面をアルマイト化するには、例えば沸騰水処理の場合には、ボイルした純水中にアルミニウム層６を形成したシリコン基板３１を入れ、数十分処理すればよい。このとき、回路素子４を形成している表面及び、ガラス基板３２との接合面となる肉厚部底面３６はポリイミド等のレジストで被覆しておく。このようにして、ガラス基板３２との接合面となる肉厚部底面３６のアルミニウム層６の表面はアルマイト化せずに、ダイヤフラム掘り込み面３３に形成したアルミニウム層６の表面をアルマイト化することができる。
【００５３】
このアルマイト化では、上記アルミニウム層６に対し、沸騰水処理を行うことにより、その表面に不動態である強固な酸化膜（γ−Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ；ベーマライト）が形成される。この酸化膜は耐食性、絶縁性が良好な皮膜となるので、参考例５の製造方法によれば、腐食性のオイルや、酸性又はアルカリ性の液体、腐食性ガス等が検知対象の場合にも、使用可能な半導体圧力センサを製造することが可能となる。
【００５４】
次に、図７は発明の参考例６を説明するための断面図である。参考例６の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体及び、シリコン基板３１に形成しているダイヤフラム３の、ダイヤフラム掘り込み面３３と反対側の表面に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００５５】
アルミニウムの熱膨張係数は２３．１ｐｐｍ／℃（於ける２０℃）であって、シリコンの熱膨張係数２．６ｐｐｍ／℃（於ける２０℃）に比べると非常に大きいため、ダイヤフラム掘り込み面３３（ダイヤフラムの受圧面を含む面）にアルミニウム層６を形成すると、アルミニウム層６の厚みを３μｍ以下と規制してもやはり、薄肉のダイヤフラム３にその熱膨張係数の差からある程度の応力を与える。この影響を防ぐために、この参考例６では、シリコン基板３１に形成しているダイヤフラム３の、ダイヤフラム掘り込み面３３と反対側の表面にもアルミニウム層６を形成して、熱膨張係数の差を相殺させて、ダイヤフラム３に加わる応力を低減するものである。こうすることにより、オフセット電圧の温度特性や熱ヒステリシス等の特性低下がより確実に防止されている半導体圧力センサを製造することができる。また、請求項１に係る発明の効果も併せて達成する。
【００５６】
次に、図８及び図９は発明の参考例７を説明するための断面図である。参考例７の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成する。その際に、図８に示すように、ダイヤフラム掘り込み部３４の開口端の内方に突出する突出部３７（オーバーハング）を有するようにアルミニウム層６を形成する。その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合して、図９に示すように、ダイヤフラム掘り込み部３４の開口端がある位置の、シリコン基板３１とガラス基板３２の接合個所（図１４で示す、センサチップ１とガラス台座２の接合個所の、内部側にあるくさび状角部５２）を、アルミニウムの突出部３７で補強した状態の接合状態を得る。そして、その他の工程は上記の参考例１と同様である。なお、接合することにより、ダイヤフラム掘り込み部３４の開口端の内方に突出する突出部３７（オーバーハング）は変形して、フィレット状（断面３角形状のヒレ状）となる。
【００５７】
図８に示すように、ダイヤフラム掘り込み部３４の開口端の内方にアルミニウムが突出部３７を有するようにアルミニウム層６を形成するには、先ず、シリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、厚さが約１μｍ程度のアルミニウム層をスパッタ又は蒸着により形成し、例えばメタルマスク（ダイヤフラム掘り込み部３４の開口端面に合わせて窓開けしたＳＵＳ等の金属板）を用い、これをシリコン基板３１と重ね、ダイヤフラム掘り込み部３４の内側のアルミニウム層の表面を５００ｎｍ〜８００ｎｍ程度ドライエッチングで削り、次に上記メタルマスクを外し、再度シリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、アルミニウム層をスパッタ又は蒸着により形成することによって行うことができる。このようにして、アルミニウム層６を形成すると、最初に形成したアルミニウム層で、ダイヤフラム掘り込み部３４の内側にあるアルミニウム層の一部は、ドライエッチングで削り取られるので、２回目のアルミニウム層形成によって、ダイヤフラム掘り込み部３４の開口端の内方にアルミニウムの突出部３７が形成できるのである。
【００５８】
接合前（図８の状態）に、ダイヤフラム掘り込み部３４の開口端の内方に突出していた突出部３７は、接合により（図９の状態）、押し潰されて、図１４で示すクラックが入りやすい位置である、センサチップ１とガラス台座２の接合個所の、内部側にあるくさび状角部５２をアルミニウムの突出部３７で補強した状態となる。そのため、オイル等の検知対象により圧力が印加されたときに、くさび状角部５２に応力が集中せず、破壊耐圧強度が向上した半導体圧力センサを製造することが可能になる。
【００５９】
次に、図１０は発明の参考例８を説明するための断面図である。参考例８の製造方法では、シリコン基板３１のガラス基板３２との接合面となる肉厚部底面３６に、厚さが５０ｎｍ〜８００ｎｍのシリコン酸化膜９を形成し、このシリコン酸化膜９の上に厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００６０】
シリコン酸化膜９はアルミニウムとの密着性が良く、アルミニウム層６の密着強度を向上させ、また陽極接合時に、アルミニウム原子がシリコン側に拡散するのを防止する拡散防止層としての機能がある。陽極接合時には、アルミニウムは殆どガラス側へ拡散するが、高温（例えば５００℃以上）で接合する場合、シリコン側に拡散していく量が多くなり、ガラスとの接合に寄与するアルミニウム原子が減少してしまい、接合強度が低下するので、この対策として、シリコン酸化膜９を拡散防止層として形成している。特に、ガラス基板が、例えばホウ珪酸ガラス（熱膨張率をシリコンに近づけた、アルカリ偏析物を低減したガラス）等のアルカリ金属の含有率の少ないガラスの場合、接合性が悪いため、高温で接合する必要があり、このような場合に、この第９実施形態の製造方法は極めて有効である。
【００６１】
次に、図１１は発明の参考例９を説明するための断面図である。参考例９の製造方法では、シリコン基板３１のガラス基板３２との接合面となる肉厚部底面３６に、厚さが５０ｎｍ〜８００ｎｍのシリコン酸化膜９を例えばＣＶＤ法で形成し、このシリコン酸化膜９の上に、厚さが５０ｎｍ〜８００ｎｍのシリコン窒化膜１０を例えばスパッタ法で形成し、その上に厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成し、その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００６２】
通常、シリコン基板３１にダイヤフラム３を形成するために、シリコン基板３１のダイヤフラム掘り込みを行う面の全面に、シリコン酸化膜を形成し、さらにその上にシリコン窒化膜を形成し、次いでフォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜をエッチングして、ダイヤフラムを形成するための窓開けを行う。そして、残存させたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜は、ＫＯＨ水溶液等でダイヤフラム掘り込みを行わない部分の保護膜（マスク）として用いる。この保護膜としたシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜は、通常はダイヤフラム３の形成後、ドライエッチングやフッ酸等のウェットエッチングで除去されている。それに対し、参考例９の製造方法では、保護膜としたシリコン酸化膜９及びシリコン窒化膜１０を残したままで、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合する。従って、ドライエッチングやフッ酸等のウェットエッチングで、保護膜としたシリコン酸化膜９及びシリコン窒化膜１０を除去する工程を削減できるので、コストダウンが達成でき、また、シリコン窒化膜１０は絶縁性が高く、約１００ｎｍ以上の厚さでは殆ど電流が流れないため、接合電極（＋極）の電極ピン１２を図１１に示すように直接アルミニウム層６の表面に接続して接合できる。このとき、シリコン基板３１の接合面と反対側の面に、数百ｇの重り１１を載せて接合を行う。
【００６３】
このように、接合電極（＋極）を直接アルミニウム層６の表面に接続して接合すると、アルミニウム層６のアルミニウム原子が、ガラス中に含まれるＮａ2Ｏが分極することにより発生する酸素原子と結合し、アルミニウム層６とガラスの界面にＡｌ2Ｏ3層が形成されるが、このとき、接合時に印加する高電圧が、上記シリコン窒化膜１０の絶縁性により、シリコン基板３１へ印加されることがないので、シリコン基板３１に形成したピエゾ抵抗や、他のＩＣ等の回路が、高電圧破壊されることがないという利点がある。
【００６４】
次に、図１２は発明の参考例１０を説明するための断面図である。参考例１０の製造方法では、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６と共に、ダイヤフラム掘り込み面３３全体に、シリコン酸化膜９を形成し、次いで、ガラス基板３２との接合面となるシリコン基板３１の肉厚部底面３６に形成したシリコン酸化膜９の上に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層６をスパッタ又は蒸着により形成する。その後、シリコン基板３１とガラス基板３２を陽極接合法で接合するようにしていて、その他の工程は上記の参考例１と同様である。
【００６５】
この参考例１０ではダイヤフラム掘り込み面３３全体にシリコン酸化膜９を形成するため、このシリコン酸化膜９が、シリコン腐食に対する保護膜となり、腐食性媒体（液体、気体）が検知対象である場合に有用である。シリコン酸化膜９の耐食性は、金より劣るが、アルマイトよりは少し良い程度の腐食性がある。
【００６６】
また、ダイヤフラム掘り込み面３３全体をシリコン酸化膜９で被覆しているので、図１４に示す半導体圧力センサにおいて、クラックが入りやすい位置である、ダイヤフラム３の付け根部５１や、シリコン基板よりなるセンサチップ１とガラス台座２の接合個所の内部側にある、くさび状角部５２などの部分がシリコン酸化膜９で被覆されるので、オイル等により、高圧が半導体圧力センサに印加されても、応力集中が緩和されクラックが生じにくくなり、従って、上記の参考例１の効果に加えて、さらなる破壊耐圧強度の向上が達成できるようになり、且つ、腐食性のオイルや、腐食性ガス等が検知対象の場合にも、使用可能な半導体圧力センサを製造することが可能となる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の製造方法では、シリコン基板とガラス基板を接合する際に、従来のシリコンとガラスの接合から、アルミニウムとガラスの接合に変更し、且つ、アルミニウム層の厚さを特定範囲に限定しているので、センサチップの検知精度が低下する問題が生じることなしに、破壊耐圧強度が従来よりも向上している半導体圧力センサを製造することができる。
【００６８】
また、ダイヤフラム掘り込み面全体に、厚さが１μｍ〜３μｍのアルミニウム層を形成しているので、高圧が半導体圧力センサに印加されても、応力集中が緩和されクラックが生じにくくなり、さらなる破壊耐圧強度の向上が可能な半導体圧力センサを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の参考例１を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図２】請求項１に係る発明の実施形態（第１実施形態）を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図３】発明の参考例２を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図４】発明の参考例３を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図５】発明の参考例４を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図６】発明の参考例５を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図７】発明の参考例６を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である
【図８】発明の参考例７を説明するための、接合前のシリコン基板を示す断面図である。
【図９】発明の参考例７を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せて、接合した状態を示す断面図である。
【図１０】発明の参考例８を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図１１】発明の参考例９を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せて、接合するプロセスの一例を示す断面図である。
【図１２】発明の参考例１０を説明するための、シリコン基板とガラス基板とを重ね合せた状態を示す断面図である。
【図１３】シリコン基板とガラス基板とを重ね合せて、接合するプロセスの従来の一例を示す断面図である。
【図１４】従来の半導体圧力センサの一例を示す断面図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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