JP3435369B2 - Semiconductor devices - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスに係
わり、特に自動車のエンジン制御などに用いられる気体
やオイル，ガソリンなど被測定媒体中の腐食成分よりデ
バイス構成部品を保護し、信頼性の向上，実装構造の簡
単化を図るに好適な圧力センサなどの半導体デバイスに
関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明に係わる従来技術として、図２に
示す特開平10−281908号が開示されている。図におい
て、１はシリコンからなる感圧チップ、２はガラス台
座、３は金属の固定台、４はガラス台座２に形成された
金属膜、５はガラス台座２と金属の固定台を接合する軟
ろうで半導体式圧力センサを構成する。本発明は、ガラ
ス台２の金属膜の形成を外周部を除いた部分に行い、固
定台３に接合した時のガラス台２へのストレスを緩和す
るものである。しかし、圧力の被測定媒体中には、セン
サの構成部品を腐食させる、例えば、酸性分を含む物が
あり、この対策が必要である。特に、金属膜４，軟ろう
材５は直接被測定媒体に接触するため、信頼性を確保す
る上で耐食性が要求される。本件ではこの問題，対策に
対し何ら開示されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、被測
定媒体中に含まれる腐食成分から半導体デバイス構成部
品を保護し、信頼性を確保する。これには、被測定媒体
に直接接触する構成部品の最表面に耐食性の高い金属膜
や無機，有機材の薄膜を形成する実装方法で対処するこ
ととした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、外力に対応
し電気的信号が変化するシリコン部材と、一面を前記シ
リコン部材に接合され他面を薄膜金属でメタライズされ
たガラス部材と、これら接合体を固定する固定台座と、
前記接合体と前記固定台とを固定する金属性の固定用部
材とを備え、被測定媒体との間の一部あるいは全表面が
耐食性の金属膜で覆われた半導体デバイスであって、前
記ガラス部材と前記固定台座の接合を軟ろう材とする接
合部が耐食性の高い前記金属膜で覆われたことによって
達成される。
【０００５】
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図１に示す実施例
により説明する。図において、１０はダイアフラム，ゲ
ージ抵抗を有するシリコン部材、２０は一面をシリコン
部材１０に接合され、他面には多層の金属薄膜がガラス
の貫通孔部２５あるいはこの周辺部を除くようにパター
ニング形成されたガラス部材、３０はシリコン部材１０
とガラス部材２０の接合体を固定する金属あるいは表面
に金属膜が形成された固定台、４０はシリコン部材１０
からガラスの貫通孔部２５を介して、外部に電気的信号
を取り出すためのリードピン、５０はガラス部材と固定
台３０を接合するための金属薄膜層で、その詳細は５０
部拡大図に示すように多層膜で形成される。ここで、５
１はガラス部材２０と金属薄膜層５０との密着性を確保
するために設けられた下地金属膜で、例えば、Ａｌ／Ｎ
ｉ，Ｃｒ／Ｐｔ，Ｔｉ／Ｐｔ，Ｔｉ／Ｎｉなどである。
５２は高い耐食性を有する耐食性金属膜で、例えばＡｕ
やＡｕ−Ｓｉなどの薄膜で形成される、５３は固定台３
０の表面にメタライズされた固定台金属膜で例えば、Ａ
ｕやＮｉ／Ａｕをメッキプロセスなどで形成される。そ
して、これらの構成部品から半導体デバイスを構成する
ものである。
【０００７】被測定媒体において、媒体がガソリンでは
硝酸，塩酸，ぎ酸など、トランスミッションオイルでは
硫黄など酸成分が含まれており、これまでの実験でセン
サ構成部品が腐食されることを確認している。それ故、
被測定媒体に直接接触する半導体デバイス構成部品、特
に、金属薄膜層５０部を腐食から防止する対策が必須で
ある。
【０００８】これには図３で示す実装方法の一例で対応
する。前記ガラス部材２０に形成される多層の金属薄膜
層部５０の形成は、先ず（ａ）のように下地金属膜５１
をガラス部材２０のチップサイズより図中斜線で示す小
さい部分にスパッタあるいは蒸着などで成膜する。この
時、チップの外周部は成膜されないようにマスクプロセ
スを用いるか、成膜後ホトリソグラフィープロセスなど
でパターニングする。次に、（ｂ）の縦縞で示すように
下地金属膜５１をチップサイズ全面にスパッタあるいは
蒸着方法で下地金属膜５１を覆うように成膜する。これ
より、下地金属膜５１の表面及びエッヂ部は高耐食性金
属膜５２でカバーリングされる。そして、これらは図１
で示す表面を固定台金属膜５３でメタラスイズされた固
定台３０とＡｕあるいはＡｕ−Ｓｉなどの共晶接合や熱
圧着接合方法で実装される。よって、金属膜層５０は圧
力媒体中の腐食成分に直接接触しても腐食されず保護で
きる。なお、金属膜５２は高耐食性の白金，タングステ
ン，ロジウムなどでも可能である。
【０００９】また、ガラス部材２０への金属膜形成にお
いて、この金属膜とリードピンが接触し電気的に短絡す
ることを防止するため、図４（ａ)，(ｂ）で示すよう
に、貫通孔部２５の周辺部を除いて、図３と同様のプロ
セスから金属膜層５０を形成できる。
【００１０】他の実施例を図５，図６に示す。
【００１１】図５においては、半導体デバイス構成部品
全体を高耐食性の金属薄膜５２で覆い、被測定媒体中の
腐食成分から保護するものである。ここでの金属薄膜５
２はガラス部材２０と固定台３０とを接合した後、全体
をスパッタあるいは蒸着で覆うように成膜される。従っ
て、図１に示す耐食性金属膜５２部は、高耐食性の金属
材料でなく、通常用いられる例えば、Ｓｎ−Ａｇ，Ｐｂ
−Ｓｎなどの半田材（軟ろう材）でも良い。
【００１２】図６においては、センサ構成部品の一部
（部品の側面）を高耐食性の金属薄膜５２で覆い、被測
定媒体中の腐食成分から保護するものである。ここでの
金属薄膜５２はガラス部材２０と固定台３０とを接合し
た後、成膜の不要な部分をマスクし、必要な一部にスパ
ッタあるいは蒸着で覆うように成膜される。従って、図
５と同様に、図１に示す耐食性金属膜５２部は、高耐食
性の金属材料でなく、通常用いられる例えば、Ｓｎ−Ａ
ｇ，Ｐｂ−Ｓｎなどの半田材（軟ろう材）でも良い。
【００１３】なお、図５，図６の実施例において、圧力
検出媒体と接触する最表面の高耐食性の材料は、例え
ば、珪素やアルミナなどの無機性やシリコーンゴムなど
の有機性物質でも代用できる。
【００１４】また、一面を被測定媒体に直接接触し、他
面にシリコンで形成された抵抗素子を設けた金属ダイア
フラム構造の圧力センサにおいても、被測定媒体中の酸
など腐食成分から構成部品を保護する必要がある。我々
はこれまでの実験の中、被測定媒体がガソリンではステ
ンレス３０４以外の金属が腐食されることを確認してい
る。それゆえ、前述した金属材料や無機，有機材料で部
品を保護することは必須である。
【００１５】本実施例では、半導体デバイスの中から被
測定媒体を圧力とする半導体式圧力センサについて述べ
たが、酸，アルカリなどの腐食成分を有する被測定媒体
の物理量を測定するデバイス全搬に共用できることは言
うまでもない。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、簡単なプロセスで被測
定媒体中に含まれる腐食成分から半導体デバイス構成部
品を保護でき、耐食性，信頼性の向上が可能となる効果
がある。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a device configuration based on a corrosive component in a medium to be measured such as gas, oil, gasoline used for controlling an engine of an automobile, and the like. The present invention relates to a semiconductor device such as a pressure sensor suitable for protecting components, improving reliability, and simplifying a mounting structure. 2. Description of the Related Art As a prior art relating to the present invention, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-281908 shown in FIG. 2 is disclosed. In the drawing, 1 is a pressure-sensitive chip made of silicon, 2 is a glass pedestal, 3 is a metal fixed base, 4 is a metal film formed on the glass pedestal 2, and 5 is a soft joint for joining the glass pedestal 2 and the metal fixed base. A solder type semiconductor pressure sensor is constructed. In the present invention, the formation of the metal film of the glass base 2 is performed on a portion excluding the outer peripheral portion, and the stress on the glass base 2 when the glass base 2 is joined to the fixing base 3 is relieved. However, some of the pressure-measuring mediums corrode the components of the sensor, for example, those containing an acidic component. In particular, since the metal film 4 and the soft solder 5 are in direct contact with the medium to be measured, corrosion resistance is required to ensure reliability. In this case, nothing is disclosed about this problem or countermeasure. [0003] An object of the present invention is to protect semiconductor device components from corrosive components contained in a medium to be measured and to ensure reliability. This has been dealt with by a mounting method in which a highly corrosion-resistant metal film or a thin film of an inorganic or organic material is formed on the outermost surface of a component that directly contacts the medium to be measured. [0004] The above object is to cope with an external force.
A silicon member whose electrical signal changes, and
The other side is metallized with thin film metal
Glass member, and a fixing base for fixing these joined bodies,
A metal fixing part for fixing the joined body and the fixing base
Material and the part or whole surface between the medium to be measured and
A semiconductor device covered with a corrosion-resistant metal film,
The glass member and the fixing pedestal are joined with a soft brazing material.
Because the joint is covered with the metal film with high corrosion resistance
Achieved. [0007] The present invention will be described below with reference to an embodiment shown in FIG. In the drawing, reference numeral 10 denotes a silicon member having a diaphragm and a gauge resistance, 20 denotes a surface joined to the silicon member 10, and a multi-layered metal thin film formed on the other surface by patterning so as to remove the through-hole portion 25 of glass or its peripheral portion. Glass member 30 is a silicon member 10
A metal member for fixing the joined body of the glass member 20 and the fixing base having a metal film formed on the surface;
A lead pin for extracting an electric signal to the outside through a through-hole portion 25 made of glass from the outside. Reference numeral 50 denotes a metal thin film layer for joining the glass member and the fixing base 30.
It is formed of a multilayer film as shown in a partially enlarged view. Where 5
Reference numeral 1 denotes a base metal film provided for ensuring the adhesion between the glass member 20 and the metal thin film layer 50, for example, Al / N
i, Cr / Pt, Ti / Pt, Ti / Ni, and the like.
Reference numeral 52 denotes a corrosion-resistant metal film having high corrosion resistance.
53 is formed of a thin film of Au or Au-Si.
A metallized fixing base metal film on the surface of
u or Ni / Au is formed by a plating process or the like. Then, a semiconductor device is formed from these components. In the medium to be measured, it has been confirmed that gasoline contains acid components such as nitric acid, hydrochloric acid, and formic acid, and transmission oil contains acid components such as sulfur. I have. Therefore,
It is essential to take measures to prevent the semiconductor device components that come into direct contact with the medium to be measured, particularly the metal thin film layer 50 from corrosion. This is dealt with by an example of a mounting method shown in FIG. The formation of the multilayer metal thin film layer portion 50 formed on the glass member 20 is performed by first forming the base metal film 51 as shown in FIG.
Is formed by sputtering or vapor deposition on a portion smaller than the chip size of the glass member 20 indicated by oblique lines. At this time, a mask process is used so that the outer peripheral portion of the chip is not formed, or patterning is performed by a photolithography process or the like after the film formation. Next, as shown by vertical stripes in FIG. 3B, a base metal film 51 is formed on the entire chip size by sputtering or vapor deposition so as to cover the base metal film 51. Thus, the surface and the edge of the base metal film 51 are covered with the highly corrosion-resistant metal film 52. And these are
Is mounted on the fixing table 30 whose surface is metallized with the fixing table metal film 53 by a eutectic bonding method such as Au or Au-Si or a thermocompression bonding method. Therefore, the metal film layer 50 can be protected without being corroded even when it comes into direct contact with the corrosive component in the pressure medium. The metal film 52 can be made of platinum, tungsten, rhodium or the like having high corrosion resistance. Further, in forming a metal film on the glass member 20, in order to prevent the metal film and the lead pin from contacting and electrically short-circuiting, as shown in FIGS. Except for the peripheral portion of the portion 25, the metal film layer 50 can be formed by the same process as in FIG. Another embodiment is shown in FIGS. In FIG. 5, the entire semiconductor device component is covered with a highly corrosion-resistant metal thin film 52 to protect it from corrosive components in the medium to be measured. Metal thin film 5 here
2 is formed by joining the glass member 20 and the fixed base 30 and then forming a film so as to cover the whole by sputtering or vapor deposition. Therefore, the corrosion-resistant metal film 52 shown in FIG. 1 is not made of a highly corrosion-resistant metal material, but is usually made of, for example, Sn-Ag, Pb.
A solder material (soft solder material) such as -Sn may be used. In FIG. 6, a part of the sensor component (side surface of the component) is covered with a highly corrosion-resistant metal thin film 52 to protect it from corrosive components in the medium to be measured. Here, the metal thin film 52 is formed by joining the glass member 20 and the fixing base 30 and then masking an unnecessary portion of the film and covering a necessary portion by sputtering or vapor deposition. Therefore, similarly to FIG. 5, the corrosion-resistant metal film 52 shown in FIG. 1 is not made of a highly corrosion-resistant metal material, and is generally used, for example, Sn-A.
g, a solder material (soft solder material) such as Pb-Sn may be used. In the embodiments shown in FIGS. 5 and 6, the material having high corrosion resistance on the outermost surface which comes into contact with the pressure detecting medium can be replaced with an inorganic material such as silicon or alumina or an organic material such as silicone rubber. . Further, in a pressure sensor having a metal diaphragm structure in which one surface is in direct contact with a medium to be measured and a resistance element formed of silicon is provided on the other surface, the components are formed from corrosive components such as acid in the medium to be measured. Need to protect. We have confirmed in experiments so far that metals other than stainless steel 304 are corroded when the medium to be measured is gasoline. Therefore, it is indispensable to protect the parts with the above-mentioned metal materials, inorganic and organic materials. In this embodiment, a semiconductor pressure sensor that uses a medium to be measured as a pressure from among semiconductor devices has been described. Needless to say, they can be shared. According to the present invention, components of a semiconductor device can be protected from corrosive components contained in a medium to be measured by a simple process, and there is an effect that corrosion resistance and reliability can be improved.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】デバイス実装方法の従来技術を示す図。
【図３】本発明の金属膜層の形成の実施例を示す図。
【図４】本発明の金属膜層の形成の他の実施例を示す
図。
【図５】本発明の他の実施例を示す図。
【図６】本発明の他の実施例を示す図。
【符号の説明】
１，１０…シリコン部材、２，２０…ガラス部材、２５
…ガラス貫通孔部、３，３０…固定台、４…金属膜、５
…ろう材、４０…リードピン、５０…金属膜層、５１…
下地金属膜、５２…耐食性金属膜、５３…固定台金属
膜、５４…接合金属材。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a conventional technique of a device mounting method. FIG. 3 is a view showing an embodiment of forming a metal film layer according to the present invention. FIG. 4 is a view showing another embodiment of the formation of the metal film layer of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. [Description of Signs] 1,10: Silicon member, 2, 20: Glass member, 25
... Glass through hole, 3,30 ... Fixing base, 4 ... Metal film, 5
... brazing material, 40 ... lead pin, 50 ... metal film layer, 51 ...
Base metal film, 52: corrosion-resistant metal film, 53: fixing base metal film, 54: bonding metal material.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹田 義幸 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 久保田 正則 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式 会社 日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 市川 範男 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式 会社 日立カーエンジニアリング内 (56)参考文献 特開 平５−182997（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−278218（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 9/04 101 H01L 29/84 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Yoshiyuki Sasada 2520 Odaiba, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Automotive Equipment Division (72) Inventor Masanori Kubota 2477 Takaba, Hitachinaka-shi, Ibaraki Hitachi Car Co., Ltd. Within Engineering (72) Inventor Norio Ichikawa 2477 Takaba, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Car Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-5-182997 (JP, A) JP-A 8-278218 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 9/04 101 H01L 29/84
Claims (1)
ン部材と、一面を前記シリコン部材に接合され他面を薄
膜金属でメタライズされたガラス部材と、これら接合体
を固定する固定台座と、前記接合体と前記固定台とを固
定する金属性の固定用部材とを備え、 被測定媒体との間の一部あるいは全表面が耐食性の金属
膜で覆われた半導体デバイスであって、 前記ガラス部材と前記固定台座の接合を軟ろう材とする
接合部が耐食性の高い前記金属膜で覆われた ことを特徴
とする半導体デバイス。(57) [Claims 1] A silicon member whose electric signal changes in response to an external force, a glass member having one surface joined to the silicon member and the other surface metalized with a thin film metal, a fixing base for fixing the joint member, and a fixing member of metal for fixing the said fixing base and the assembly is covered with a metal film of part or the entire surface corrosion resistance between the medium to be measured Semiconductor device, wherein the joining of the glass member and the fixed base is made of a soft brazing material.
A semiconductor device , wherein a junction is covered with the metal film having high corrosion resistance .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18106899A JP3435369B2 (en) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | Semiconductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18106899A JP3435369B2 (en) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | Semiconductor devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001013022A JP2001013022A (en) | 2001-01-19 |
| JP3435369B2 true JP3435369B2 (en) | 2003-08-11 |
Family
ID=16094249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18106899A Expired - Fee Related JP3435369B2 (en) | 1999-06-28 | 1999-06-28 | Semiconductor devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6848316B2 (en) * | 2002-05-08 | 2005-02-01 | Rosemount Inc. | Pressure sensor assembly |
-
1999
- 1999-06-28 JP JP18106899A patent/JP3435369B2/en not_active Expired - Fee Related
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