(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置台に平面視正方形のガラス基台を設置し、さらにこのガラス基台の上に正方形のセンサチップを載置し、前記ガラス基台と前記センサチップの側面を押圧手段によって押圧して位置決めした後、前記ガラス基台と前記センサチップの接合面を陽極接合する半導体センサの陽極接合方法において、
前記設置台の前記ガラス基台が設置される設置面は、前記ガラス基台の各底面隅部より内側を支承する面に形成されていることを特徴とする半導体センサの陽極接合方法。
【請求項２】
設置台に平面視正方形のガラス基台を設置し、さらにこのガラス基台の上に正方形のセンサチップを載置し、前記ガラス基台と前記センサチップの側面を押圧手段によって押圧して位置決めした後、前記ガラス基台と前記センサチップの接合面を陽極接合する半導体センサの陽極接合装置において、
前記設置台の前記ガラス基台が設置される設置面は、前記ガラス基台の各底面隅部より内側を支承する面に形成されていることを特徴とする陽極接合装置。
【請求項３】
請求項２記載の陽極接合装置において、
前記設置台の設置面は、ガラス基台の底面の輪郭形状より小さく形成されていることを特徴とする陽極接合装置。
【請求項４】
請求項２記載の陽極接合装置において、
前記設置台の設置面は、設置台の上面にガラス基台の底面隅部より内側に位置するように設置台上に突設された基台支持部の上面で構成されていることを特徴とする陽極接合装置。
【請求項５】
請求項４記載の陽極接合装置において、
前記基台支持部は、枠状の突状体で構成されていることを特徴とする陽極接合装置。
【請求項６】
請求項４記載の陽極接合装置において、
前記基台支持部は、ガラス基台の底面の各底面隅部より内側にそれぞれ位置するように突設された４つの突状体で構成されていることを特徴とする陽極接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体センサの陽極接合方法および陽極接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体センサ、例えば半導体圧力センサの製造においては、歩留りを向上させるために、それぞれシリコンウエハとガラスウエハとから切り出した良品どうしのセンサチップとガラス基台を個別に陽極接合することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
図１０〜図１２は半導体圧力センサのガラス基台とセンサチップを位置決めするために用いられている従来の位置決め機構を示す図で、図１０は平面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図、図１２は押圧手段の斜視図である。これらの図において、１は平面視正方形のガラス基台、２はガラス基台１の上面に陽極接合される正方形のセンサチップ、３はガラス基台１の下面に予め陽極接合されたシリコンチューブ、４はガラス基台１が設置される設置台、５はガラス基台１とセンサチップ２の各側面１ｃ、２ｃを当該側面と直交する方向からそれぞれ押圧しガラス基台１とセンサチップ２を位置決めする押圧部材（押圧手段）である。押圧部材５によってガラス基台１とセンサチップ２を押圧し位置決めした後、ガラス基台１とセンサチップ２の接合面６を陽極接合装置によって陽極接合することにより、半導体圧力センサ７が製造される。
【０００４】
陽極接合方法は、接合部材間に第３の材料を介在させない直接的な接合方法であって、半導体センサの製造においては、熱膨張係数が近いガラスとシリコンを重ね合わせ、ガラス側をマイナス、シリコン側をプラスとして３００〜７００Ｖ程度の直流電圧を印加すると同時に加熱することにより、ガラス側の陽イオン（例えば、Ｎａ＋、Ｋ＋）をマイナス電極側に強制的に拡散させ、両者間に強い静電引力を発生させてガラスとシリコンとを化学結合させる接合方法である。
【０００５】
【特許文献１】特許第３８９５９３７号公報
【特許文献２】特許第３３５９４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の位置決め機構１０によるガラス基台１とセンサチップ２の位置決めに際しては、押圧部材５によってガラス基台１とセンサチップ２の側面１ｃ、２ｃを押圧して位置決めしたときに、ガラス基台１の底面隅部が破損（チッピング）し易いという問題があった。すなわち、ガラスウエハをダイシングして正方形のガラス基台１を製作したとき、ダイシングブレードのブレなどによりガラス基台１の側面１ｃが上面１ａおよび底面１ｂに対して垂直な面にならず、例えば図１３（ａ）に示すように互いに対向する２つの側面１ｃ、１ｃ’が右側に傾いてしまうことがある。このような場合、押圧部材５をガラス基台１の各側面に４方向から押し付けて位置決めしたとき、ガラス基台１の傾いている側面１ｃ、１ｃ’が押圧部材５の押圧面５ａに倣おうとするため、ガラス基台１が図１３（ｂ）に示すように押圧部材５との接触部Ｐを支点として左側、すなわち側面１ｃ、１ｃ’の傾き側とは反対側に傾く。このため、ガラス基台１の傾き側とは反対側の底面隅部１ｄが設置台４の上面４ａから浮き上がり、傾いている側の底面隅部１ｅが設置台４の上面４ａに片当たりする。その結果、底面隅部１ｅに加重が集中し、この加重により底面隅部１ｅが破損してしまう。
【０００７】
また、ガラス基台１の側面１ｃが傾いていなくても、押圧部材５の取付誤差、ガラス基台１を押圧する押圧面５ａの加工誤差等によって傾いている場合も、上記と同様にガラス基台１が傾くため、底面隅部が破損することがある。
【０００８】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ガラス基台とセンサチップを位置決めするとき、ガラス基台が傾いたとしても底面隅部が設置台の上面に片当りして破損したりすることがなく、品質の良好な半導体センサを製造し得るようにした半導体センサの陽極接合方法、陽極接合装置および半導体センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る半導体センサの陽極接合方法は、設置台に平面視正方形のガラス基台を設置し、さらにこのガラス基台の上に正方形のセンサチップを載置し、前記ガラス基台と前記センサチップの側面を押圧手段によって押圧して位置決めした後、前記ガラス基台と前記センサチップの接合面を陽極接合する半導体センサの陽極接合方法において、前記設置台の前記ガラス基台が設置される設置面を、前記ガラス基台の各底面隅部より内側を支承する面に形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る陽極接合装置は、設置台に平面視正方形のガラス基台を設置し、さらにこのガラス基台の上に正方形のセンサチップを載置し、前記ガラス基台と前記センサチップの側面を押圧手段によって押圧して位置決めした後、前記ガラス基台と前記センサチップの接合面を陽極接合する半導体センサの陽極接合装置において、前記設置台の前記ガラス基台が設置される設置面を、前記ガラス基台の各底面隅部より内側を支承する面に形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る陽極接合装置は、上記発明において、前記設置台の設置面が、ガラス基台の底面の輪郭形状より小さく形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る陽極接合装置は、上記発明において、前記設置台の設置面が、ガラス基台の底面隅部より内側に位置するように設置台上に突設された基台支持部の上面で構成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る陽極接合装置は、上記発明において、前記基台支持部が枠状の突状体で構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る陽極接合装置は、上記発明において、前記基台支持部が、ガラス基台の底面の各底面隅部より内側にそれぞれ位置するように突設された４つの突状体で構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、設置台のガラス基台が設置される設置面をガラス基台の各底面隅部より内側を支承する面に形成したので、ガラス基台とセンサチップを押圧手段によって押圧して位置決めしたとき、ガラス基台が傾いていたとしても傾き側の底面隅部が設置台の設置面に片当たりすることがなく、底面隅部の破損を未然に防止することができる。
【００１７】
設置台の設置面がガラス基台の各底面隅部より内側を支承する面としては、上面自体の面積がガラス基台の底面積より小さい設置台を用い、この設置台の上面を設置面として用いたり、あるいは設置台の上面にガラス基台の底面の底面隅部より内側に位置する基台支持部を設け、この基台支持部の上面をガラス基台の設置面として用いると、ガラス基台が傾いたとしても傾き側の底面隅部が設置台に対して片当たりせず、底面隅部の破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によって製造された半導体センサの一実施の形態を示す平面図、図２は半導体センサの正面図、図３は図１のIII −III 線断面図である。本実施の形態は、半導体センサとして、半導体圧力センサに適用した例を示す。また、従来技術の欄で示した構成部材、部分と同一のものについては同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。これらの図において、全体を符号７で示す半導体圧力センサは、平面視正方形のガラス基台１と、このガラス基台１の上面に陽極接合されたシリコン製のセンサチップ２と、同じくガラス基台１の下面に陽極接合されたシリコンチューブ３とからなる三層構造のセンサを構成している。
【００１９】
前記ガラス基台１は、図１０および図１１に示した従来のガラス基台１と同一で、シリコンの線膨張係数（４．２×１０-6）と略等しい線膨張係数（５〜７×１０-6）のパイレックス（登録商標）ガラス、セラミックス等によって平面視正方形の角柱体に形成され、中央に形成された表裏面に貫通する中心孔２０を有している。また、ガラス基台１の上面１ａで各隅部には、平面視三角形の段差部３１がそれぞれ形成されており、この段差部３１によってセンサチップ２の隅部がガラス基台１に接合されない非接合部２Ｄを形成している。ただし、この段差部３１はガラス基台１側に形成されるものに限らず、センサチップ２の厚肉部２Ｂの隅部下面側に形成され、センサチップ２の隅部をガラス基台１に対して非接合部としてもよい。
【００２０】
前記センサチップ２は、図１０および図１１に示した従来のセンサチップ２と同一で、結晶面方位が（１００）面のｐ型単結晶Ｓｉによって形成されている。また、センサチップ２は、平面視形状がガラス基台１より若干小さい正方形のチップからなり、下面２ｂの中央部にエッチングによって凹部３２を形成することにより、上面２ａの中央部が薄肉部からなるダイヤフラム２Ａを形成し、このダイヤフラム２Ａより外側部分が厚肉部２Ｂを形成している。
【００２１】
前記ダイヤフラム２Ａは、四角形で、２つの対角線ａ、ａがセンサチップ２の対角線ｂ、ｂと４５°の角度で交差するようにセンサチップ２に対して４５°傾いた状態で形成され、上面の周縁部付近にはピエゾ領域として作用し差圧または圧力を検出する４つの差圧または圧力検出用のゲージ１４ａ〜１４ｄがセンサチップ２の対角線ｂ、ｂ上に位置するように形成されている。また、これらのゲージ１４ａ〜１４ｄは、センサチップ２の結晶面方位（１００）においてピエゾ抵抗係数が最大となる＜１１０＞の結晶軸方向に形成されている。
【００２２】
また、センサチップ２の厚肉部２Ｂのうちガラス基台１の上面１ａに接合される部分が八角形の接合部２Ｃを形成し、それ以外の部分がガラス基台１の段差部３１に対して非接合部２Ｄを形成している。
【００２３】
前記センサチップ２とガラス基台１の接合面３３は、ダイヤフラム２Ａの変形に関係し、正方形のセンサチップ２に対し正方形のダイヤフラム２Ａを互いに対角線が直交するように４５°傾けて形成した場合、センサチップ２の接合面のうち対角線ｂ方向の接合面の長さが長く、そのため厚肉部２Ｂの下面全体を接合するとダイヤフラム２Ａの辺に垂直な応力σｒがダイヤフラム２Ａの辺に平行な応力σθより大きくなる。そこで、非接合部２Ｄを設け、その長さＡと接合部２Ｃの長さＢとの比Ａ／Ｂを最適化することにより、応力σｒと応力σθが略等しくなるように形成している。
【００２４】
さらに、前記センサチップ２の上面２ａで前記非接合部２Ｄに対応する厚肉部２Ｂの上面には、静圧を検出しその検出信号によって前記差圧または圧力検出用ゲージ１４ａ〜１４ｄの検出信号を補正する４つの静圧検出用のゲージ１５ａ〜１５ｄが設けられている。これらの静圧検出用ゲージ１５ａ〜１５ｄは、センサチップ２の対角線ｂ，ｂ上で各隅部に位置するように設けられている。また、センサチップ２の結晶面方位（１００）においてピエゾ抵抗係数が最大となる＜１１０＞の結晶軸方向に長く形成されている。このような静圧検出用ゲージ１５ａ〜１５ｄは、差圧または圧力検出用ゲージ１４ａ〜１４ｄと同様に拡散またはイオン打ち込み法によって形成され、図示しないリードによってホイートストーンブリッジに結線されており、静圧による非接合部２Ｄの変形に伴い比抵抗が変化することにより静圧を検出し、その検出信号によって差圧または圧力検出用センサ１４ａ〜１４ｄの検出信号を補正する。
【００２５】
前記シリコンチューブ３は、前記ガラス基台２に内接する外径を有する円筒体に形成され、中心に圧力導入孔２１が形成されている。このようなシリコンチューブ３は、シリコンチップ２より以前にガラス基台１の底面１ｂに陽極接合されている。
【００２６】
ガラス基台１とシリコンチューブ３を陽極接合するときは、ガラス基台１をシリコンチューブ３の上に設置し、ガラス基台１とシリコンチューブ３に電圧を印加するとともに所定温度に加熱することにより陽極接合する。すなわち、ガラス基台１にマイナス電極を取付け、シリコンチューブ３にプラス電極を取付けて３００〜７００Ｖ程度の直流電圧を印加すると同時に２００〜４００℃に加熱することにより、ガラス基台１側の陽イオン（例えば、Ｎａ+ 、Ｋ’ ）をマイナス電極側に強制的に拡散させ、ガラス基台１とシリコンチューブ３間に静電引力を発生させることによりガラス基台１とシリコンチューブ３を陽極接合する。
【００２７】
ガラス基台１とシリコンチューブ３を陽極接合した後、引き続きガラス基台１とセンサチップ２を同様にして陽極接合する。
【００２８】
ガラス基台１とセンサチップ２を陽極接合するときは、予め図４〜図６に示す位置決め機構４０によってガラス基台１とセンサチップ２とを位置決めし、しかる後図９に示す陽極接合装置５０によって陽極接合する。
【００２９】
図４〜図６において、前記位置決め機構４０は、設置台３５と、ガラス基台１およびセンサチップ２の各側面１ｃ、２ｃを押圧する押圧手段としての４つの押圧部材５とで構成されている。押圧部材５は、図１０、図１１に示した従来の押圧部材５と同一形状で、設置台３５の上方に、ガラス基台１およびセンサチップ２を挟んで対向するように設置台３５の周方向に９０°位相をずらして進退自在に配設されている。また、各押圧部材５の互いに対向する面には、ガラス基台１の側面１ｃとセンサチップ２の側面２ｃをそれぞれ押圧する２つの押圧部５Ａ、５Ｂが設けられている。これらの押圧部５Ａ、５Ｂの押圧面は、垂直面に形成されている。
【００３０】
前記設置台３５は、図１０、図１１に示した従来の設置台４と同一の材料（例えば、窒化ケイ素、アルミナ等のセラミックス）によって円筒状に形成されてはいるが、ガラス基台１が設置される設置面が異なっている。すなわち、従来の設置台４は、上面４ａ全体をガラス基台１の底面の面積より大きい同一平面に形成してガラス基台１の設置面としていたのに対し、本発明は、設置台３５のガラス基台１が設置される設置面３６を、位置決め時にガラス基台１が傾いてもガラス基台１の底面の隅部５ａ〜５ｄが片当たりしない面に形成している。
【００３１】
このため、図５に示す設置台３５は、ガラス基台１の対角線長さより大きな外径と、前記シリコンチューブ３が挿入される中心孔３８を有する円筒状に形成されている。また、設置台３５の上面３５ａは、ガラス基台１の底面１ｂよりも大きな面積を有する水平な平面に形成されており、この上面３５ａにガラス基台１の底面１ｂの輪郭形状より内側で、底面１ｂの各隅部より内側に位置する４つの基台支持部３７を突設し、この基台支持部３７の上面を水平な平坦面に形成し、ガラス基台１が設置される設置面３６としている。基台支持部３７は、平面視三角形の比較的小さな突起で構成されている。すなわち、本発明においては、設置第３５の上面３５ａに基台支持部３７を突設し、その上面を設置面３６としたものである。
【００３２】
ここで、図４〜図６においては、基台支持部３７を設置台３５の上面３５ａで中心孔３８の周囲に９０°の間隔をおいて４個形成したが、これに限らず図７に示すように連続した１つの基台支持部３９で形成してもよい。すなわち、図７は、設置台３５の上面３５ａにガラス基台１の底面１ｂの輪郭形状より小さい円形枠状の基台支持部３９を中心孔３８の周囲に突設し、この基台支持部３９の上面を設置面として用いてガラス基台１の底面１ｂを支持するようにしたものである。基台支持部３９としては、円形枠状のものに限らず、ガラス基台１の底面１ｂの輪郭形状より小さい正方形の枠状であってもよい。また、他の実施の形態として、設置台３５の平面視形状をガラス基台１の底面１ｂよりも小さく形成し、その上面全体を設置面としてもよい。この場合は、ガラス基台１の底面隅部が設置台３５の上面３５ａから側方に突出するため、ガラス台座１が傾いたとしても底面隅部が設置台３５の上面３５ａに片当たりするようなことはない。
【００３３】
要するに、設置台３５は、位置決め時にガラス基台１が傾いていたとき、底面隅部が設置台３５に片当たりしない設置面を有するものであればよい。
【００３４】
位置決め機構４０によってガラス基台１およびセンサチップ２を位置決めするときは、ガラス基台１を設置台３５の基台支持部３７（または３９）上に設置する。さらにその上にセンサチップ２を隅部どうしが一致するように設置した後、押圧部材５によってこれら両部材を位置決めする。すなわち、各押圧部材５を互いに接近する方向に移動させて、押圧部５Ａ、５Ｂをガラス基台１およびセンサチップ２の各側面１ｃ、２ｃにそれぞれ押し付け、ガラス基台１およびセンサチップ２を位置決めする。
【００３５】
このとき、図８に示すようにガラス基台１の対向する２つの側面１ｃ、１ｃ’が上面１ａおよび底面１ｂに対して垂直ではなく同一方向に傾いていると、押圧部材５によってガラス基台１を押圧したとき、ガラス基台１の傾いている側面１ｃ、１ｃ’が押圧部材５の押圧面５ａに倣おうとするため、ガラス基台１が押圧部材５との接触部を支点として側面１ｃ、１ｃ’の傾き側とは反対側に傾く（図８において左側に傾く）。このため、ガラス基台１の傾き側とは反対側の底面隅部１ｄが設置台３５の上方に浮き上がり、傾き側の底面隅部１ｅが基台支持部３７の設置面３６よりも低くなる。しかしながら、設置台３５の上面３５ａと基台支持部３７の設置面３６との間には段差４３が形成されているため、ガラス基台１が傾いても底面隅部１ｅが設置台３５の上面３５ａに片当たりすることはない。したがって、底面隅部１ｅが破損するおそれがなく、ガラス基台１とセンサチップ２を良好に位置決めすることができる。
【００３６】
位置決め機構４０によるガラス基台１およびセンサチップ２の位置決め作業が終了すると、押圧部材５によるガラス基台１およびセンサチップ２に対する押圧状態を解除し、ガラス基台１およびセンサチップ２を陽極接合する。
【００３７】
ガラス基台１とセンサチップ２を陽極接合装置５０によって陽極接合するときは、図９に示すように側面電極方式による陽極接合によって接合される。すなわち、プラス電極５１をセンサチップ２の上面に接続し、マイナス電極５２をガラス基台１の各側面１ｃにそれぞれ接続し、これら電極５１、５２を電源５３に接続する。そして、これらの電極５１、５２間に３００〜７００Ｖの直流電圧を印加すると同時にガラス基台１およびセンサチップ２を２００〜４００℃に加熱すると、ガラス基台１中の陽イオンが強制的に拡散されて移動し、これによりガラス基台１とセンサチップ２との接合部３３間に静電引力が発生し、これら両部材を陽極接合する。
【００３８】
このように、本発明においては、設置台３５のガラス基台１が設置される設置面３６を上面３５ａの上方に設け、ガラス基台１とセンサチップ２を位置決めしたとき、ガラス基台１が傾いても底面隅部が上面３５ａに片当たりしないようにしたので、位置決め時における底面隅部の破損を未然に防止することができ、品質、外観の良好な半導体圧力センサ７を製造することができる。
【００３９】
なお、上記した実施の形態は、半導体センサとして半導体圧力センサ７に適用した例を示したが、本発明はこれに何ら特定されるものではなく、加速度センサ、差圧・圧力センサ等にも適用することができ、また抵抗式の代わりに容量式のセンサにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明によって製造された半導体センサの一実施の形態を示す平面図である。
【図２】半導体センサの正面図である。
【図３】図１のIII −III 線断面図である。
【図４】位置決め機構を示す平面図である。
【図５】位置決め機構の断面図である。
【図６】設置台の斜視図である。
【図７】設置台の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図８】位置決め時のガラス基台の傾きを示す図である。
【図９】陽極接合を行なっている状態を示す断面図である。
【図１０】従来の位置決め機構を示す平面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】押圧部材の斜視図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は位置決め時のガラス基台の底面隅部の片当たりによる破損を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ガラス基台、２…センサチップ、３…シリコンチューブ、５…押圧部材（押圧手段）、３３…接合面、３５…設置台、３６…設置面、３７、３９…基台支持部、４０…位置決め機構、４１…プラス電極、４２…マイナス電極、４３…電源、５０…陽極接合装置。
【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】
0004921389.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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