JP4265083B2

JP4265083B2 - Manufacturing method of semiconductor pressure sensor

Info

Publication number: JP4265083B2
Application number: JP2000154137A
Authority: JP
Inventors: 宏齊藤; 澄夫赤井; 万士片岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: JP2001332746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾ抵抗等の歪受感素子を形成したセンサチップと圧力導入孔を形成した台座とが接合されてなるセンサ本体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３は、エアコンや空調機等の微圧領域の圧力検知等に使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３に示す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（薄肉部）７の歪みを電気信号として取り出す働きを有する歪受感素子６を形成したセンサチップ１とガラス等よりなる台座２が接合されてなるセンサ本体が、金属パイプ１２を備えているパッケージ３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１１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３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１２及びガラス台座２内の圧力導入孔（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７のたわみ量の変化（歪み）を、ダイヤフラム７に形成されているピエゾ抵抗素子（歪受感素子６）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３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１３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４により接合される。ガラス台座２の下面のメタライズ１３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、図３で、符号９はリードを、符号１０はふたを示している。
【０００５】
なお、上記の半導体圧力センサに組み込む、歪受感素子６を形成したセンサチップ１とガラス等よりなる台座２が接合されてなるセンサ本体の製造方法としては、複数のセンサチップ１に分割予定の歪受感素子を形成しているシリコンウェハと、複数の台座２に分割予定の圧力導入孔を形成している台座用基板とを接合した後、この接合したものを、チップ単位にダイシングして製造するという加工プロセスで行われるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような半導体圧力センサの場合、圧力を検知する感度は、センサチップ１に形成するダイヤフラム７の厚みの２乗に反比例し、ダイヤフラム７の面積に比例する。そのため、より微小圧力を検知するために高感度なものとするには、センサチップ１に形成するダイヤフラム７の厚みをより薄くしなければならないが、センサチップ１を得るためのウェハ加工プロセスで次のような問題が生じるためダイヤフラム７の厚みをより薄くすることは従来困難であった。すなわち、ダイヤフラム７の厚みを薄くした場合には、ウェハ加工プロセスにおいて、真空でウェハを吸着する際に、吸着圧でダイヤフラム７の部分が破損するという問題や、ウェハを搬送する際等に、機械的衝撃でダイヤフラム７の部分が破損するという問題や、ウェハをダイシングする際に、切削水の水圧によりダイヤフラム７の部分が破損するという問題等が生じていた。
【０００７】
また、従来ダイヤフラム７は、ＫＯＨ水溶液等を用いる異方性エッチングにより、シリコンウェハ［平坦面の結晶方位が（１１０）又は（１００）のウェハを用いる。］に、チップ単位で掘り込みを行って形成しており、そのため、ダイヤフラム７の周囲にシリコンの結晶方位（１１１）面の傾斜面が形成されていた。そのため、圧力検知の感度を高めるために、ダイヤフラム７の面積を大きくしようとすると、この傾斜面の部分があるため、チップサイズが大きくなり、小型化することができないという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、チップサイズを大きくすることなく、微小圧力を検知ができる高感度な半導体圧力センサを製造することが可能とな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】
請求項１に係る発明の半導体圧力センサの製造方法は、歪受感素子を形成したセンサチップと圧力導入孔を形成した台座が接合されてなるセンサ本体を備える半導体圧力センサを製造する際に、複数のセンサチップに分割予定の歪受感素子を形成しているシリコンウェハと複数の台座に分割予定の圧力導入孔を形成している台座用基板とを接合する工程と、この接合されたものを、チップ単位にダイシングする工程とを有する半導体圧力センサの製造方法において、
（１）シリコンウェハに歪受感素子を形成する工程、
（２）前記歪受感素子を覆う空隙部を形成しているキャップ用基板と前記シリコンウェハとを、同一センサチップ用の歪受感素子の形成領域の周囲を接合面として接合する工程、
（３）キャップ用基板と接合したシリコンウェハの、歪受感素子を形成した面と反対側の面をエッチング又は研磨して、シリコンウェハの厚みを薄肉化する工程、
（４）前記薄肉化する工程を終えたシリコンウェハの、歪受感素子を形成した面と反対側の面に、圧力導入孔を形成した台座用基板を接合する工程、
（５）キャップ用基板及び台座用基板と接合しているシリコンウェハを、チップ単位にダイシングする工程
を備え、シリコンウェハと接合する前のキャップ用基板に、チップ単位にダイシングした際に歪受感素子を覆う空隙部と外気との通気孔となる溝を形成していることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
【００１０】
請求項２に係る発明の半導体圧力センサの製造方法は、シリコンウェハの厚みを薄肉化する工程で、シリコンウェハの圧力受圧面となる部分の厚みが３〜２０μｍとなるように薄肉化することを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサの製造方法である。
【００１１】
請求項３に係る発明の半導体圧力センサの製造方法は、キャップ用基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法である。
【００１２】
請求項４に係る発明の半導体圧力センサの製造方法は、キャップ用基板がガラス基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法である。
【００１４】
請求項１〜請求項４に係る発明の半導体圧力センサの製造方法では、キャップ用基板と接合していることで、キャップ用基板に支持された状態にあるシリコンウェハの、歪受感素子を形成した面と反対側の面をエッチング又は研磨して、シリコンウェハの圧力受圧面となる部分の厚みを薄肉化する。従って、歪受感素子を形成したシリコンウェハに対し、チップ単位で掘り込みを行ってダイヤフラム（薄肉部）を形成していた方法に比べ、請求項１〜請求項４に係る発明の製造方法によれば、シリコンウェハの圧力受圧面となる部分の厚みを薄肉化した際の加工時のトラブル発生が防止でき、且つ、分割後のチップ全体が薄肉化した形状に加工することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の半導体圧力センサの製造方法に係る一実施形態を説明するための各工程毎の断面図を示している。図１及び図２に示す実施形態では、まず、シリコンウェハ２１に歪受感素子６ａ、６ｂとしてピエゾ抵抗を形成する（図１−（ａ））。なお、シリコンウェハ２１は後工程で複数のセンサチップに分割を予定していて、各センサチップ用の歪受感素子６ａ、６ｂ、…を形成している。１個のセンサチップ当たり形成する歪受感素子の個数については、特に限定はないが、通常４個程度（２〜６個程度）の歪受感素子を１個のセンサチップ当たり形成する。
【００１７】
次に、シリコンウェハ２１に形成している、各センサチップ用の歪受感素子６ａ、６ｂ、…を覆う空隙部２３ａ、２３ｂ、…をエッチングにより形成しているキャップ用基板２５と前記シリコンウェハ２１とを、各センサチップ用の歪受感素子６ａ、６ｂ、…の形成領域毎の周囲を接合面として、アルミ、ポリシリコン、ガラス薄膜等を介して接合する（図１−（ｂ））。キャップ用基板２５として使用する素材については、特に限定はないが、例えばガラス基板、シリコン基板等の無機基板を用いることが、耐熱性が優れるので望ましい。そして、キャップ用基板２５としてガラス基板を用いる場合には、接合のためにシリコンウェハ２１の接合面に形成する接合層２６をアルミ又はポリシリコンとすると、キャップ用基板２５とシリコンウェハ２１を陽極接合で接合できる。この場合の陽極接合は、例えば、ガラス基板がアルカリイオン含有ガラスの場合、温度４００℃、真空中で、シリコンウェハ２１側を正極とし、キャップ用基板２５となるガラス基板側を負極として、直流電圧を約６００〜９００Ｖ印加する条件で行うことができる。なお、ガラス基板が鉛系非晶質ガラスの場合、数１００Ｖの電圧で、約１００〜３００℃の温度で接合できる。また、キャップ用基板２５としてシリコン基板を用いる場合には、接合のためにシリコンウェハ２１の接合面に形成する接合層２６をガラス薄膜とすると、キャップ用基板２５とシリコンウェハ２１を陽極接合で接合できる。キャップ用基板２５とシリコンウェハ２１の接合のために接合面に介在させる接合層２６の形成方法については、接合層２６がアルミの場合は、スパッタ又は蒸着等により形成することができ、接合層２６がポリシリコンの場合は減圧ＣＶＤ等により形成することができ、接合層２６がガラス薄膜の場合は高周波スパッタ等により形成することができる。
【００１８】
次に、キャップ用基板２５と接合したシリコンウェハ２１の、歪受感素子６ａ、６ｂ、…を形成した面と反対側の面をエッチング又は研磨して、シリコンウェハ２１の厚みを薄肉化する（図１−（ｃ））。この場合のエッチングは、ＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ溶液（tetra methyl ammonium hydro oxide solution）等を用いて平坦にエッチングし、また、研磨する場合は、平坦面を形成するように研磨する。なお、シリコンウェハ２１の厚みを薄肉化する場合、センサチップの圧力受圧面となる部分は平坦面であることが必要であるが、台座との接合部となる面と圧力受圧面とに段差を設けるようにしても構わない。その場合、台座との接合部となる位置のシリコンウェハ２１の厚みの方を、圧力受圧面となる部分のシリコンウェハ２１の厚みより厚くなるように形成する。また、このシリコンウェハ２１の厚みを薄肉化する工程で、シリコンウェハ２１の圧力受圧面となる部分の厚みが３〜２０μｍとなるように薄肉化することが、高感度の半導体圧力センサを得るには望ましい。
【００１９】
次に、薄肉化する工程を終えたシリコンウェハ２１の、歪受感素子６ａ、６ｂ、…を形成した面と反対側の面に、圧力導入孔５ａ、５ｂ、…を形成した台座用基板２２を接合する（図２（ａ））。台座用基板２２がガラス基板の場合には、圧力導入孔５ａ、５ｂ、…は超音波ホーン加工、サンドブラスト加工、フッ酸によるエッチング等で形成でき、台座用基板２２とシリコンウェハ２１の接合は、例えば温度４００℃、真空中で、シリコンウェハ２１側を正極とし、台座用基板２２となるガラス基板側を負極として、直流電圧を約６００〜９００Ｖ印加する条件で陽極接合する方法で行うことができる。
【００２０】
次に、キャップ用基板２５及び台座用基板２２と接合しているシリコンウェハ２１を、チップ単位にダイシングする（図２（ｂ））。切断位置は符号２７で示す位置であり、この実施形態の場合、薄肉化されたシリコンウェハ２１はキャップ用基板２５で支持しているので、薄肉化された部分が、吸着圧や、機械的衝撃等で破損するという現象は発生しにくくなる。
【００２１】
また、シリコンウェハ２１と接合する前のキャップ用基板２５に、チップ単位にダイシングした際に歪受感素子６ａ，６ｂ、…を覆う空隙部と外気との通気孔となる溝２４ａ、２４ｂ、…を形成しておくと（図１（ｂ）参照）、切断位置２７でチップ単位にダイシングすれば、この溝２４ａ、２４ｂ、…がそれぞれのセンサチップ本体において、歪受感素子６ａ，６ｂを覆う空隙部と外部との通気孔となる。このように、外部との通気孔を備えると、外部の大気圧が歪受感素子６に加わり、ゲージ圧の検出が可能となる。
【００２２】
以上のようにして、図２（ｃ）に示すような、歪受感素子６を形成したセンサチップ１と圧力導入孔５を形成した台座２が接合されてなるセンサ本体であって、歪受感素子を覆う空隙部２３を有していて、歪受感素子６の形成領域の周囲でセンサチップ１に接合されているキャップ８を備えるセンサ本体を製造することができ、このキャップ８を備えるセンサ本体を使用して、半導体圧力センサを製造する。
【００２３】
以上述べた実施形態では、キャップ用基板とシリコンウェハとを接合して、キャップ用基板に支持された状態にあるシリコンウェハの、歪受感素子を形成した面と反対側の面をエッチング又は研磨して、シリコンウェハの厚みを薄肉化する。従って、歪受感素子を形成したシリコンウェハに対し、チップ単位で掘り込みを行ってダイヤフラム（薄肉部）を形成していた方法に比べ、この実施形態の製造方法によれば、シリコンウェハの厚みを薄肉化した際の加工時のトラブル発生が防止でき、且つ、分割後のチップ全体が薄肉化した形状に加工することが可能となり、チップサイズを大きくすることなく、圧力受圧面の面積を大きくとることが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１〜請求項４に係る発明の半導体圧力センサの製造方法では、キャップ用基板と接合していることで、キャップ用基板に支持された状態にあるシリコンウェハの、歪受感素子を形成した面と反対側の面をエッチング又は研磨して、シリコンウェハの圧力受圧面となる部分の厚みを薄肉化する。従って、歪受感素子を形成したシリコンウェハに対し、チップ単位で掘り込みを行ってダイヤフラム（薄肉部）を形成していた方法に比べ、請求項１〜請求項４に係る発明の製造方法によれば、シリコンウェハの圧力受圧面となる部分の厚みを薄肉化した際の加工時の破損等のトラブル発生が防止でき、且つ、分割後のチップ全体が薄肉化した形状に加工することが可能となり、従って、チップサイズを大きくすることなく、微小圧力を検知ができる高感度な半導体圧力センサを製造することが可能となる。
【００２５】
また、シリコンウェハと接合する前のキャップ用基板に、チップ単位にダイシングした際に歪受感素子を覆う空隙部と外気との通気孔となる溝を形成しているので、センサチップ本体を、歪受感素子を覆う空隙部と外部との通気孔を備えるキャップ付きの構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における工程を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は各工程における部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態における図１以降の工程を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は各工程における部分断面図である。
【図３】従来の半導体圧力センサの構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１センサチップ
２台座
３パッケージ
４接合用金属
５、５ａ、５ｂ圧力導入孔
６、６ａ、６ｂ歪受感素子
７ダイヤフラム
８キャップ
９リード
１０ふた
１１オーバーコート
１２金属パイプ
１３メタライズ
２１シリコンウェハ
２２台座用基板
２３、２３ａ、２３ｂ空隙
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ溝
２５キャップ用基板
２６接合層
２７切断位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor pressure sensor including a sensor body in which a sensor chip in which a strain sensing element such as a piezoresistor is formed and a base in which a pressure introduction hole is formed are joined.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor pressure sensor used for detecting a pressure in a micro pressure region of an air conditioner or an air conditioner.
[0003]
In the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 3, a sensor chip 1 on which a strain sensing element 6 having a function of taking out distortion of a diaphragm (thin wall portion) 7 caused by pressure as an electric signal is formed and a base 2 made of glass or the like are joined. The sensor body is fixed in a package 3 having a metal pipe 12, and a protective resin is applied to the surface of the sensor chip 1 to form an overcoat 11. Here, the reason why the sensor body has the structure with the glass pedestal 2 is to suppress the influence of the stress from the package 3 and to increase the accuracy of the sensor chip 1. Then, a pressure detection target such as liquid oil, water, or air is introduced into the semiconductor pressure sensor via the metal pipe 12 and the pressure introduction hole (through hole) 5 in the glass pedestal 2, and the introduced fluid (detection) This change (distortion) in the deflection amount of the diaphragm 7 of the sensor chip 1 caused by the pressure of the target) is converted into an electric signal by the piezoresistive element (strain sensitive element 6) formed in the diaphragm 7 to thereby convert this semiconductor. The pressure sensor detects pressure.
[0004]
The package 3 is formed of a plastic such as PPS or PBT, and a metal pipe 20 made of Kovar or the like is disposed at the center thereof. The metal pipe 20 and a glass pedestal 2 having a metallized 13 on the lower surface thereof are provided. Bonding is performed by a bonding metal 4 such as solder (tin, tin-antimony alloy, lead, tin-lead alloy, gold-silicon alloy, tin-silver alloy, or the like). The metallized 13 layer on the lower surface of the glass pedestal 2 can be configured such as the lowermost layer Cr / Pt / the uppermost layer Au, the lowermost layer Ti / Ni / the uppermost layer Au, the lowermost layer Ti / Pt / the uppermost layer Au. The solder can be applied to the surface of the uppermost Au. In FIG. 3, reference numeral 9 indicates a lead, and reference numeral 10 indicates a lid.
[0005]
In addition, as a manufacturing method of the sensor main body in which the sensor chip 1 formed with the strain sensing element 6 and the pedestal 2 made of glass or the like to be incorporated into the semiconductor pressure sensor is bonded, the sensor chip 1 is scheduled to be divided into a plurality of sensor chips 1. After bonding the silicon wafer forming the strain sensing element and the base substrate on which the pressure introduction holes scheduled to be divided are formed in the plurality of bases 2, this joined one is diced into chips. Generally, it is performed in a manufacturing process of manufacturing.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the semiconductor pressure sensor as described above, the sensitivity for detecting the pressure is inversely proportional to the square of the thickness of the diaphragm 7 formed on the sensor chip 1 and proportional to the area of the diaphragm 7. For this reason, in order to achieve high sensitivity in order to detect a finer pressure, the thickness of the diaphragm 7 formed on the sensor chip 1 must be made thinner, but in the wafer processing process for obtaining the sensor chip 1, Therefore, it has been difficult to make the diaphragm 7 thinner. That is, when the thickness of the diaphragm 7 is reduced, in the wafer processing process, when the wafer is sucked in vacuum, a problem that the portion of the diaphragm 7 is damaged by the suction pressure, or when the wafer is transported, etc. The problem that the part of the diaphragm 7 was damaged by the mechanical impact, the problem that the part of the diaphragm 7 was damaged by the water pressure of the cutting water when dicing the wafer, and the like occurred.
[0007]
Further, the conventional diaphragm 7 uses a silicon wafer [a wafer whose crystal orientation of the flat surface is (110) or (100) by anisotropic etching using a KOH aqueous solution or the like. In other words, the silicon crystal orientation (111) inclined surface is formed around the diaphragm 7. Therefore, if the area of the diaphragm 7 is increased in order to increase the sensitivity of pressure detection, there is a problem that the chip size increases and the size cannot be reduced because of the inclined surface portion.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to manufacture a highly sensitive semiconductor pressure sensor capable of detecting minute pressure without increasing the chip size. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor pressure sensor that can be performed.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The manufacturing method of the semiconductor pressure sensor according to the first aspect of the present invention provides a semiconductor pressure sensor including a sensor body in which a sensor chip in which a strain sensing element is formed and a base in which a pressure introduction hole is formed is joined. A process of joining a silicon wafer on which a strain sensing element to be divided is formed on a plurality of sensor chips and a base substrate on which a pressure introduction hole to be divided is formed on a plurality of pedestals, and the joined parts In a method of manufacturing a semiconductor pressure sensor having a step of dicing a chip unit,
(1) forming a strain sensitive element on a silicon wafer;
(2) A step of bonding the cap substrate forming the gap covering the strain-sensitive element and the silicon wafer with the periphery of the strain-sensitive element forming region for the same sensor chip as a bonding surface,
(3) etching or polishing the surface of the silicon wafer bonded to the cap substrate opposite to the surface on which the strain-sensitive element is formed, to reduce the thickness of the silicon wafer;
(4) A step of bonding a base substrate having a pressure introduction hole to a surface opposite to the surface on which the strain-sensitive element is formed of the silicon wafer after the thinning step,
(5) A step of dicing the silicon wafer bonded to the cap substrate and the pedestal substrate in units of chips, and strain sensation when the cap substrate before bonding to the silicon wafer is diced in units of chips. the method of manufacturing a semiconductor pressure sensor characterized that you have a groove as a vent hole between the gap portion and the outside air that covers the device.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor pressure sensor, wherein the thickness of the silicon wafer is reduced so that the thickness of the portion to be a pressure receiving surface of the silicon wafer is 3 to 20 μm. 2. The method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein the semiconductor pressure sensor is manufactured.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor pressure sensor manufacturing method according to the first or second aspect, wherein the cap substrate is a silicon substrate.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor pressure sensor manufacturing method according to the first or second aspect, wherein the cap substrate is a glass substrate.
[0014]
In the method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to any one of claims 1 to 4 , a strain sensitive element of a silicon wafer supported by the cap substrate is formed by being bonded to the cap substrate. The surface opposite to the etched surface is etched or polished to reduce the thickness of the portion that becomes the pressure receiving surface of the silicon wafer. Therefore, compared with the method of forming a diaphragm (thin wall portion) by digging in a chip unit with respect to a silicon wafer on which a strain sensitive element is formed, the manufacturing method of the invention according to claims 1 to 4 is used. According to this, it is possible to prevent a trouble at the time of processing when the thickness of the portion serving as the pressure receiving surface of the silicon wafer is reduced, and it is possible to process the entire divided chip into a reduced shape.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
1 and 2 show cross-sectional views for each step for explaining an embodiment according to a method for manufacturing a semiconductor pressure sensor of the present invention. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, first, piezoresistors are formed on the silicon wafer 21 as the strain sensitive elements 6a and 6b (FIG. 1- (a)). The silicon wafer 21 is scheduled to be divided into a plurality of sensor chips in a later process, and the strain sensitive elements 6a, 6b,... For each sensor chip are formed. The number of strain sensitive elements formed per sensor chip is not particularly limited, but usually about four (about two to six) strain sensitive elements are formed per sensor chip.
[0017]
Next, the cap substrate 25 formed on the silicon wafer 21 and formed by etching the gaps 23a, 23b,... Covering the strain sensitive elements 6a, 6b,. 21 are bonded via aluminum, polysilicon, a glass thin film, etc., with the periphery of each formation region of the strain sensing elements 6a, 6b,... For each sensor chip as a bonding surface (FIG. 1- (b)). . The material used as the cap substrate 25 is not particularly limited, but it is desirable to use an inorganic substrate such as a glass substrate or a silicon substrate because of excellent heat resistance. When a glass substrate is used as the cap substrate 25 , if the bonding layer 26 formed on the bonding surface of the silicon wafer 21 for bonding is aluminum or polysilicon, the cap substrate 25 and the silicon wafer 21 are anodic bonded. Can be joined. In this case, for example, when the glass substrate is an alkali ion-containing glass, in a vacuum at a temperature of 400 ° C., the silicon wafer 21 side is used as a positive electrode, and the glass substrate side serving as the cap substrate 25 is used as a negative electrode. For about 600 to 900V. When the glass substrate is lead-based amorphous glass, bonding can be performed at a temperature of about 100 to 300 ° C. with a voltage of several hundred volts. When a silicon substrate is used as the cap substrate 25 , if the bonding layer 26 formed on the bonding surface of the silicon wafer 21 for bonding is a glass thin film, the cap substrate 25 and the silicon wafer 21 are bonded by anodic bonding. it can. Regarding the method of forming the bonding layer 26 interposed between the bonding surfaces for bonding the cap substrate 25 and the silicon wafer 21, when the bonding layer 26 is aluminum, it can be formed by sputtering or vapor deposition. When polysilicon is polysilicon, it can be formed by low pressure CVD or the like, and when the bonding layer 26 is a glass thin film, it can be formed by high frequency sputtering or the like.
[0018]
Next, the surface of the silicon wafer 21 bonded to the cap substrate 25 opposite to the surface on which the strain sensitive elements 6a, 6b,... Are formed is etched or polished to reduce the thickness of the silicon wafer 21 ( FIG. 1- (c)). In this case, the etching is performed flatly using a KOH aqueous solution, a TMAH solution (tetramethyl ammonium hydrooxide solution), or the like, and when polished, it is polished so as to form a flat surface. Note that when the thickness of the silicon wafer 21 is reduced, the portion that becomes the pressure receiving surface of the sensor chip needs to be a flat surface, but there is a step between the surface that becomes the joint portion with the base and the pressure receiving surface. You may make it provide. In this case, the thickness of the silicon wafer 21 at the position to be the joint with the pedestal is formed to be thicker than the thickness of the silicon wafer 21 at the portion to be the pressure receiving surface. In addition, in the step of reducing the thickness of the silicon wafer 21, it is possible to obtain a highly sensitive semiconductor pressure sensor by reducing the thickness of the silicon wafer 21 so that the thickness of the portion that becomes the pressure receiving surface becomes 3 to 20 μm. Is desirable.
[0019]
Next, the base substrate 22 having the pressure introducing holes 5a, 5b,... Formed on the surface opposite to the surface on which the strain sensitive elements 6a, 6b,. Are joined together (FIG. 2A). When the base substrate 22 is a glass substrate, a pressure introduction hole 5a, 5b, ... ultrasonic horn machining, sandblasting, it can be formed by etching or the like with hydrofluoric acid, bonding the base substrate 22 and the silicon wafer 21, For example, in a vacuum at a temperature of 400 ° C., the silicon wafer 21 side can be used as a positive electrode, and the glass substrate side serving as a base substrate 22 can be used as a negative electrode. .
[0020]
Next, the silicon wafer 21 bonded to the cap substrate 25 and the pedestal substrate 22 is diced into chips (FIG. 2B). The cutting position is a position indicated by reference numeral 27. In the case of this embodiment, the thinned silicon wafer 21 is supported by the cap substrate 25 , so that the thinned portion has an adsorption pressure or mechanical shock. The phenomenon of breakage due to, for example, becomes difficult to occur.
[0021]
Further, grooves 24 a, 24 b,... Serving as vent holes for the outside air and the gaps covering the strain sensitive elements 6 a, 6 b,... When dicing on a chip basis on the cap substrate 25 before being bonded to the silicon wafer 21. (See FIG. 1B), if dicing is performed on a chip basis at the cutting position 27, the grooves 24a, 24b,... Cover the strain sensitive elements 6a, 6b in the respective sensor chip bodies. It becomes a vent hole between the gap and the outside. As described above, when the outside air vent is provided, the external atmospheric pressure is applied to the strain sensing element 6 and the gauge pressure can be detected .
[0022]
As described above, as shown in FIG. 2C, the sensor body is formed by joining the sensor chip 1 on which the strain sensing element 6 is formed and the pedestal 2 on which the pressure introducing hole 5 is formed. A sensor body having a gap portion 23 that covers the sensitive element and having a cap 8 that is joined to the sensor chip 1 around the area where the strain sensitive element 6 is formed can be manufactured. use sensor body, to produce a semi-conductor pressure sensor.
[0023]
In the embodiment described above, the cap substrate and the silicon wafer are joined together , and the surface of the silicon wafer that is supported by the cap substrate is etched or polished on the opposite side of the surface on which the strain sensitive element is formed. Thus, the thickness of the silicon wafer is reduced. Therefore, according to the manufacturing method of this embodiment, the thickness of the silicon wafer is compared with the method in which the diaphragm (thin portion) is formed by digging in a chip unit with respect to the silicon wafer on which the strain sensing element is formed. Trouble can be prevented during thinning, and the entire chip after division can be processed into a thin shape, increasing the pressure receiving surface area without increasing the chip size. It is possible to take.
[0024]
【The invention's effect】
In the method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to any one of claims 1 to 4 , a strain sensitive element of a silicon wafer supported by the cap substrate is formed by being bonded to the cap substrate. The surface opposite to the etched surface is etched or polished to reduce the thickness of the portion that becomes the pressure receiving surface of the silicon wafer. Therefore, compared with the method of forming a diaphragm (thin wall portion) by digging in a chip unit with respect to a silicon wafer on which a strain sensitive element is formed, the manufacturing method of the invention according to claims 1 to 4 is used. Therefore, it is possible to prevent troubles such as breakage during processing when the thickness of the pressure receiving surface of the silicon wafer is reduced, and the entire divided chip can be processed into a reduced shape. Therefore, it is possible to manufacture a highly sensitive semiconductor pressure sensor capable of detecting a minute pressure without increasing the chip size.
[0025]
Further, the cap substrate prior to bonding with silicon wafers, since a groove serving as a vent hole between the gap portion and the outside air that covers the strain sensitive elements upon dicing into chips, the cell Nsachippu body, It can be set as the structure with a cap provided with the space | gap part which covers a strain sensitive element, and the vent hole of the exterior.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a process in an embodiment of the present invention, and (a) to (c) are partial cross-sectional views in each process.
FIGS. 2A to 2C are diagrams for explaining steps after FIG. 1 in the embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the structure of a conventional semiconductor pressure sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor chip 2 Base 3 Package 4 Joining metal 5, 5a, 5b Pressure introducing hole 6, 6a, 6b Strain sensing element 7 Diaphragm 8 Cap 9 Lead 10 Lid 11 Overcoat 12 Metal pipe 13 Metallized 21 Silicon wafer 22 For base Substrate 23, 23a, 23b Gap 24, 24a, 24b, 24c Groove 25 Cap substrate 26 Bonding layer 27 Cutting position

Claims

歪受感素子を形成したセンサチップと圧力導入孔を形成した台座が接合されてなるセンサ本体を備える半導体圧力センサを製造する際に、複数のセンサチップに分割予定の歪受感素子を形成しているシリコンウェハと複数の台座に分割予定の圧力導入孔を形成している台座用基板とを接合する工程と、この接合されたものを、センサチップ単位にダイシングする工程とを有する半導体圧力センサの製造方法において、
（１）シリコンウェハに歪受感素子を形成する工程、
（２）前記歪受感素子を覆う空隙部を形成しているキャップ用基板と前記シリコンウェハとを、同一センサチップ用の歪受感素子の形成領域の周囲を接合面として接合する工程、
（３）キャップ用基板と接合したシリコンウェハの、歪受感素子を形成した面と反対側の面をエッチング又は研磨して、シリコンウェハの厚みを薄肉化する工程、
（４）前記薄肉化する工程を終えたシリコンウェハの、歪受感素子を形成した面と反対側の面に、圧力導入孔を形成した台座用基板を接合する工程、
（５）キャップ用基板及び台座用基板と接合しているシリコンウェハを、チップ単位にダイシングする工程
を備え、シリコンウェハと接合する前のキャップ用基板に、チップ単位にダイシングした際に歪受感素子を覆う空隙部と外気との通気孔となる溝を形成していることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。When manufacturing a semiconductor pressure sensor including a sensor body in which a sensor chip having a strain sensing element formed thereon and a pedestal having a pressure introduction hole are joined, the strain sensing elements to be divided into a plurality of sensor chips are formed. A semiconductor pressure sensor having a step of bonding a silicon wafer and a base substrate in which a pressure introduction hole to be divided is formed in a plurality of bases, and a step of dicing the joined substrate in units of sensor chips In the manufacturing method of
(1) forming a strain sensitive element on a silicon wafer;
(2) A step of bonding the cap substrate forming the gap covering the strain-sensitive element and the silicon wafer with the periphery of the strain-sensitive element forming region for the same sensor chip as a bonding surface,
(3) etching or polishing the surface of the silicon wafer bonded to the cap substrate opposite to the surface on which the strain-sensitive element is formed, to reduce the thickness of the silicon wafer;
(4) A step of bonding a base substrate having a pressure introduction hole to a surface opposite to the surface on which the strain-sensitive element is formed of the silicon wafer after the thinning step,
(5) A step of dicing the silicon wafer bonded to the cap substrate and the pedestal substrate in units of chips, and strain sensation when the cap substrate before bonding to the silicon wafer is diced in units of chips. the method of manufacturing a semiconductor pressure sensor characterized that you have a groove as a vent hole between the gap portion and the outside air that covers the device.

前記シリコンウェハの厚みを薄肉化する工程で、シリコンウェハの圧力受圧面となる部分の厚みが３〜２０μｍとなるように薄肉化することを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサの製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein, in the step of reducing the thickness of the silicon wafer, the thickness of the portion that becomes the pressure receiving surface of the silicon wafer is reduced to 3 to 20 [mu] m. .

前記キャップ用基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法。 3. The method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein the cap substrate is a silicon substrate.

前記キャップ用基板がガラス基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法。 3. The method of manufacturing a semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein the cap substrate is a glass substrate.