JP6136644B2 - 半導体圧力センサ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、自動車用、医療用または産業用などの各種装置等に用られる半導体圧力センサ装置において、例えば、自動車の排気系などの劣悪な環境で使用される半導体圧力センサ装置およびその製造方法に関する。
図７は、半導体圧力センサ装置５００の全体の構成図である。従来の半導体圧力センサ装置５００は、表面側に形成されるダイアフラム５２ａ、歪ゲージ抵抗５２および図示しない集積回路などを形成した半導体基板５１と、この半導体基板５１の裏面に形成される凹部６０と、半導体基板５１の裏面に固着するガラス基板６１と、半導体基板５１とガラス基板６１を格納する樹脂ケース６６を備える。半導体基板５１の凹部６０をガラス基板６１で塞さぐことで真空基準室５９が形成され、半導体圧力センサＩＣチップ５０１となる。前記の樹脂ケース６６には金属端子６９が設けられ、半導体圧力センサＩＣチップ５０１はボンディングワイヤ６８（ＡｌワイヤやＡｕワイヤ）を介して金属端子６９に接続する。ガラス基板６１は樹脂ケース６６に接着剤６７で固定され、半導体圧力センサＩＣチップ５０１の表面はシリコーンゲル７０などの保護材が被覆される。
前記の半導体基板５１上には、シリコン酸化膜５３の層間絶縁膜、アルミ配線層５４、密着度確保・拡散防止層であるＴｉＷ膜５７、Ａｕ膜５８が積層配置されている。この密着度確保・拡散防止層であるＴｉＷ膜５７の働きは、アルミ配線層５４への密着度を向上させ、Ａｕ膜５８のＡｕ原子がアルミ配線層５４へ拡散することを防止する。
半導体圧力センサＩＣチップ５０１上に設けたダイアフラム５２ａにシリコーンゲル７０等の保護材を介して圧力が印加される。前記したように、ダイアフラム５２ａ上には歪みゲージ抵抗５２が設けられ、この歪ゲージ抵抗５２はダイアフラム５２ａの歪み量が大きいほど、抵抗値の変化も大きくなる。この歪ゲージ抵抗５２でブリッジ回路を構成し、抵抗変化を電圧変化に変換し、その電圧変化を増幅回路等のアナログ回路（集積回路）を介して、外部に電圧出力される。
このような半導体圧力センサ装置５００は、自動車等の内燃機関（エンジン）の吸気系の圧力を測る吸気圧センサとして用いられているが、近年、環境規制、安全規制が強化される中で、排気系の圧力の検出にも用いられるようになってきている。吸気系の圧力測定に用いられる場合、半導体圧力センサ装置５００は比較的きれいな空気や噴霧されたガソリンのみに曝されるため、半導体圧力センサ装置５００に求められる耐薬品性としては主にガソリン等の燃料への耐性のみであった。よって、集積回路の電極およびボンディングワイヤはアルミやアルミを主原料とする合金で構成され、集積回路表面を耐薬品性の高いシリコーンゲル７０等で保護することで充分にその耐性を確保できた。
しかし、排気系の圧力測定に用いられる場合、内燃機関から排出される窒素化合物、硫化物等から生成される腐食性物質にも曝されるため、半導体圧力センサ装置５００には様々な腐食性物質への耐性が求められ、これらの対策として、アルミ電極の表面に腐食防止のためのＴｉ膜とＰｄ膜を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１など）。
また、特許文献１の構造では排気ガスに含まれる窒素酸化物による硝酸イオンによる腐食に対する耐性が不十分であるとし、アルミ電極上にＴｉＷ膜を密着度確保・拡散防止層とし、その表面を耐腐食性の高いＡｕ膜で覆う技術が提案されている（例えば、特許文献２など）。
また、特許文献３では、拡散防止膜のアンダーカットを防ぐために、拡散防止膜がシール膜より横方向に張り出した構成（階段構造）が記載されている。
前記したアルミ配線層の表面を被覆するＴｉＷ膜やＡｕ膜は、半導体における一般的な金属膜の成膜方法であるスパッタリングや蒸着によって形成し、成膜した金属膜のパターニングのためのエッチングは、ウェットエッチングやリフトオフなどが用いられる。
前記したアルミ配線層の表面を被覆するＴｉＷ膜やＡｕ膜は、半導体における一般的な金属膜の成膜方法であるスパッタリングや蒸着によって形成し、成膜した金属膜のパターニングのためのエッチングは、ウェットエッチングやリフトオフなどが用いられる。
前記したように、アルミ配線層５４にＴｉＷ膜５７からなる密着度確保・拡散防止層および耐食性の高いＡｕ膜５８等の複数の膜をスパッタリングまたは蒸着によって成膜する。その成膜のエッチングにウェットエッチングを用いた場合、上層から順番に各層（Ａｕ膜５８とＴｉＷ膜５７）に適したエッチング液を用いてウェットエッチングする。そのため、アルミ配線層５４に近い密着度確保・拡散防止層層であるＴｉＷ膜５７のサイドエッチングが大きくなる。このサイドエッチングによって、最表面の耐食性の高いＡｕ膜５８とパッシベーション膜５６の間のＴｉＷ膜５７の端部が引っ込んで窪みである微小隙間８０ができる（図８）。尚、図８は図７のＢ部に対応する製造工程断面図である。
このような微小隙間８０に気体が到達した場合、毛管凝縮作用によって、気体から液体８１になり易くなる。
一方、ＴｉＷ膜５７などの金属の腐食は気体状態の窒素化合物や硫化物によっても進行するが、水分が介在することによって、腐食の進行が速まることが多い。よって、気体状態で前記の微小隙間８０に入り込んだ窒素化合物や硫化物および水蒸気等が、この微小隙間８０で液体８１となり、それによって腐食が進行してしまうことがある。この腐食は２層金属（例えば、ＴｉＷ膜５７とＡｕ膜５８）間でのボルタの電池と呼ばれるガルバニック腐食（異種金属間での腐食）も加わり、ＴｉＷ膜５７とＡｕ膜５８の界面８２に発生する。この腐食が進行するとＡｕ膜５８（パッド電極）とＴｉＷ膜５７の密着性が低下して界面８２で剥離８３が起こる。
一方、ＴｉＷ膜５７などの金属の腐食は気体状態の窒素化合物や硫化物によっても進行するが、水分が介在することによって、腐食の進行が速まることが多い。よって、気体状態で前記の微小隙間８０に入り込んだ窒素化合物や硫化物および水蒸気等が、この微小隙間８０で液体８１となり、それによって腐食が進行してしまうことがある。この腐食は２層金属（例えば、ＴｉＷ膜５７とＡｕ膜５８）間でのボルタの電池と呼ばれるガルバニック腐食（異種金属間での腐食）も加わり、ＴｉＷ膜５７とＡｕ膜５８の界面８２に発生する。この腐食が進行するとＡｕ膜５８（パッド電極）とＴｉＷ膜５７の密着性が低下して界面８２で剥離８３が起こる。
前記したように、排気系など劣悪な環境ではＴｉＷ膜５７からなる密着度確保・拡散防止層は耐腐食性が低いために使用することは難しい。
また、リフトオフ法では、レジスト除去時に金属膜を機械的に切り離してパターンを形成するため、数十μｍの微細なパターン形成には適さない。
また、リフトオフ法では、レジスト除去時に金属膜を機械的に切り離してパターンを形成するため、数十μｍの微細なパターン形成には適さない。
また、特許文献３では、排気系の圧力センサとして使用する場合の腐食を課題とするものではない。さらに、ＴｉＷ膜５７とＡｕ膜５８の側壁を後述する正テーパー形状にして微小隙間８０の形成を防止し、腐食を抑制することについては記載されていない。
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、排気系など劣悪な環境でも腐食を抑制できる半導体圧力センサ装置およびその製造方法を提供することにある。
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気系に設置される半導体圧力センサ装置において、半導体基板上に配置され、圧
力に応じて歪むダイアフラムと、該前記ダイアフラムに配置される歪みゲージと、該歪ゲージに接続し、前記半導体基板上に層間絶縁膜を介して配置される金属配線層と、該金属配線層が露出する開口部を有するパッシベーション膜と、前記露出した金属配線層上と該金属配線層の端部を被覆する前記パッシベーション膜上に配置される密着度確保・拡散防止層と、該密着度確保・拡散防止層上に積層されるパッド電極を構成する導電層とを備え、前記密着度確保・拡散防止層と前記導電層で構成される積層金属層の端面が前記半導体基板側に向かって広がる正テーパー形状である構成とする。
力に応じて歪むダイアフラムと、該前記ダイアフラムに配置される歪みゲージと、該歪ゲージに接続し、前記半導体基板上に層間絶縁膜を介して配置される金属配線層と、該金属配線層が露出する開口部を有するパッシベーション膜と、前記露出した金属配線層上と該金属配線層の端部を被覆する前記パッシベーション膜上に配置される密着度確保・拡散防止層と、該密着度確保・拡散防止層上に積層されるパッド電極を構成する導電層とを備え、前記密着度確保・拡散防止層と前記導電層で構成される積層金属層の端面が前記半導体基板側に向かって広がる正テーパー形状である構成とする。
また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記半導体基板の裏面にガラス基板が静電接合によって固着されるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記金属配線層がアルミ配線層であり、前記密着度確保・拡散防止層が前記半導体基板側から上方に向かってＣｒ膜とＰｔ膜の積層膜またはＴｉ膜とＰｔ膜の積層膜であり、前記導電層が前記Ｐｔ膜上に積層されるＡｕ膜であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記金属配線層がアルミ配線層であり、前記密着度確保・拡散防止層が前記半導体基板側から上方に向かってＣｒ膜とＰｔ膜の積層膜またはＴｉ膜とＰｔ膜の積層膜であり、前記導電層が前記Ｐｔ膜上に積層されるＡｕ膜であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項４記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記密着度確保・拡散防止層がＣｒ膜もしくはＴｉ膜のいずれかの単層膜であり、、前記導電層がＰｔ膜またはＡｕ膜であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記金属配線層と前記密着度確保・拡散防止層の間に反射防止膜を介在させるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明において、前記反射防止膜がＴｉＮ膜であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、請求項５または６に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法において、前記金属配線層上に前記反射防止膜を形成する工程と、開口部を有する前記パッシベーション膜を形成する工程と、前記半導体基板の裏面に前記ガラス基板を静電接合により固着する工程と、前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層を前記反射防止膜上および前記パッシベーション膜上に形成する積層金属層形成工程とを備え、前記積層金属層形成工程は、前記半導体基板の表面側全面に前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層をスパッタにより成膜する工程と、成膜した前記導電層上に選択的にレジストマスクを形成する工程と、イオンミリングにより前記導電層および前記密着度確保・拡散防止層をエッチングする工程とを備える半導体圧力センサ装置の製造方法とする。
また、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、請求項５または６に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法において、前記金属配線層上に前記反射防止膜を形成する工程と、開口部を有する前記パッシベーション膜を形成する工程と、前記半導体基板の裏面に前記ガラス基板を静電接合により固着する工程と、前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層を前記反射防止膜上および前記パッシベーション膜上に形成する積層金属層形成工程とを備え、前記積層金属層形成工程は、前記半導体基板の表面側全面に前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層をスパッタにより成膜する工程と、成膜した前記導電層上に選択的にレジストマスクを形成する工程と、イオンミリングにより前記導電層および前記密着度確保・拡散防止層をエッチングする工程とを備える半導体圧力センサ装置の製造方法とする。
また、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法において、前記積層金属層の端面の正テーパー形状が、マスクを介してＡｒイオンを前記積層金属層に衝突させてエッチングするイオンミリングで形成されるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明において、前記Ａｒイオンの飛程軸に対して垂直方向を基準にして前記積層金属層の表面が鋭角になるように下方に傾けるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、請求項９に記載の発明において、前記Ａｒイオンの飛程軸を水平にし、該飛程軸に対して垂直方向を基準にして前記積層金属層の表面が下方に傾く角度θが、０°≦θ≦５０°であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明において、前記角度θが、１０°≦θ≦５０°であるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明において、前記半導体基板の裏面に前記ガラス基板が静電接合で固着されるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明において、前記半導体基板の裏面に前記ガラス基板が静電接合で固着されるとよい。
この発明により、排気系など劣悪な環境でも腐食を抑制できる半導体圧力センサ装置およびその製造方法を製作することができる。
実施の形態を以下の実施例で説明する。
（実施例１）
図１は、この発明に係る第１実施例の半導体圧力センサ装置１００の構成図であり、同図（ａ）は全体構成図、同図（ｂ）は，半導体圧力センサＩＣチップ１０１の要部断面図である。
（実施例１）
図１は、この発明に係る第１実施例の半導体圧力センサ装置１００の構成図であり、同図（ａ）は全体構成図、同図（ｂ）は，半導体圧力センサＩＣチップ１０１の要部断面図である。
同図（ａ）において、半導体圧力センサ装置１００は、表面側に形成されるダイアフラム２ａ、歪ゲージ抵抗２および図示しない集積回路などを形成した半導体基板１と、この半導体基板１の裏面に形成される凹部１０と、半導体基板１の裏面に固着するガラス基板１１と、半導体基板１とガラス基板１１を格納する樹脂ケース１６を備える。半導体基板１の凹部１０をガラス基板１１で塞さぐことで真空基準室９が形成され、半導体圧力センサＩＣチップ１０１となる。前記の樹脂ケース１６には金属端子１９が設けられ、半導体圧力センサＩＣチップ１０１はボンディングワイヤ１８（ＡｌワイヤやＡｕワイヤ）を介して金属端子１９に接続する。ガラス基板１１は樹脂ケース１６に接着剤１７で固定され、半導体圧力センサＩＣチップ１０１の表面はシリコーンゲル２０などの保護材が被覆される。
同図（ｂ）において、この半導体圧力センサ装置１００を構成する半導体圧力センサＩＣチップ１０１は、前記した真空基準室９となる凹部１０を有する半導体基板１と、半導体基板１の表面に配置されるダイアフラム２ａと、このダイアフラム２ａと電気的に接続する歪ゲージ抵抗２とを備える。この歪ゲージ抵抗２に電気的に接続し、半導体基板１上に配置されるシリコン酸化膜３である層間絶縁膜と、このシリコン酸化膜３上に配置されるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜であるアルミ配線層４とを備える。このアルミ配線層４上に配置されるＴｉＮ膜５である反射防止膜と、このＴｉＮ膜５上に配置され、開口部を有するシリコン酸化膜６ａとシリコン窒化膜６ｂからなるパッシベーション膜６とを備える。前記の開口部から露出したＴｉＮ膜５上に配置されるＣｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂの積層膜（図４参照）である密着度確保・拡散防止膜７と、前記密着度確保・拡散防止膜７上に積層されたＡｕ膜８（Ａｕ電極となる）を備える。また、凹部１０の開口部側の半導体基板１（裏面）に静電接合されるガラス基板１１を備える。半導体基板１にガラス基板１１が固着することで真空基準室９が形成される。
前記の反射防止膜であるＴｉＮ膜５の本来の働きは、フォトリソグラフィーの露光時に発生するハレーションを防止する働きをする。本発明でのこの働きの他に、ガラス基板１１を半導体基板１に静電接合するときの温度（４００℃程度）でアルミ配線層４に発生する大きなヒロックを抑制する働きがある。そのため、Ａｕ膜８の膜厚を薄くすることができる。
また、前記の密着度確保・拡散防止層７として用いたＣｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂの積層膜は排気系のような劣悪な環境下でも腐食を防止する働きがある。
前記のＣｒ膜７ａ、Ｐｔ膜７ｂ、Ａｕ膜８は半導体基板１側から上方に向かって積層された積層金属層１３であり、この積層金属層１３の端面１４を、前記半導体基板１側に向かって広がるテーパー形状（ここでは正テーパー形状１５と称す）に加工する。この正テーパー形状１５に加工にすることで、Ｃｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂからなる密着度確保・拡散防止膜７の端面に窪みが形成されなる。窪みが形成されないことで、Ａｕ膜８（パッド電極）に到達した気体状態の腐食性ガスが液体状態になり難く、この箇所での排ガスによる腐食を抑制することができる。その結果、密着度確保・拡散防止膜７であるＣｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂの間の界面が腐食によって剥離することが防止される。前記の密着度確保・拡散防止膜７のＣｒ膜７ａは下地のＴｉＮ膜５（ＴｉＮ膜５が無いばあいにはアルミ配線層４）との密着と、下地のアルミ配線層４と上部のＡｕ膜８間での拡散防止の働きをする。Ｐｔ膜７ｂは下地のアルミ配線層４と上部のＡｕ膜８間での拡散防止の働きをする。
前記のＣｒ膜７ａ、Ｐｔ膜７ｂ、Ａｕ膜８は半導体基板１側から上方に向かって積層された積層金属層１３であり、この積層金属層１３の端面１４を、前記半導体基板１側に向かって広がるテーパー形状（ここでは正テーパー形状１５と称す）に加工する。この正テーパー形状１５に加工にすることで、Ｃｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂからなる密着度確保・拡散防止膜７の端面に窪みが形成されなる。窪みが形成されないことで、Ａｕ膜８（パッド電極）に到達した気体状態の腐食性ガスが液体状態になり難く、この箇所での排ガスによる腐食を抑制することができる。その結果、密着度確保・拡散防止膜７であるＣｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂの間の界面が腐食によって剥離することが防止される。前記の密着度確保・拡散防止膜７のＣｒ膜７ａは下地のＴｉＮ膜５（ＴｉＮ膜５が無いばあいにはアルミ配線層４）との密着と、下地のアルミ配線層４と上部のＡｕ膜８間での拡散防止の働きをする。Ｐｔ膜７ｂは下地のアルミ配線層４と上部のＡｕ膜８間での拡散防止の働きをする。
前記では、積層金属層１３はＣｒ膜７ａ、Ｐｔ膜７ｂ、Ａｕ膜８の三層で構成されたが、半導体基板１側から上方に向ってＣｒ膜７ａとＡｕ膜８、Ｐｔ膜７ｂとＡｕ膜８、Ｃｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂおよびＴｉ膜とＰｔ膜７ｂなどの二層で構成する場合もある。つまり、積層金属層１３としては、Ｃｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂとＡｕ膜８の三層構造の他に、Ｔｉ膜とＰｔ膜とＡｕ膜の三層構造、Ｃｒ膜とＡｕ膜、Ｔｉ膜とＡｕ膜、Ｃｒ膜とＰｔ膜、Ｔｉ膜とＰｔ膜の各二層構造などある。これらの積層金属層１３の端面１４を正テーパー形状１５にすることで、腐食が防止され、剥離が防止される。この腐食には、各金属膜間で発生する電池効果によるガルバニック腐食も関与している。
また、前記のアルミ配線層４は、Ａｌ−Ｓｉ膜（Ｓｉが１％程度混入したＡｌ膜）やＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜（Ｓｉが１％程度とＣｕが０．５％程度混入したＡｌ膜）である。
尚、前記密着度確保・拡散防止層７はＣｒ膜もしくはＴｉ膜のいずれかの単層膜であってもよい。また、前記のＡｕ膜８の代わりにＰｔ膜としても構わない。また、積層金属層１３は前記の組み合わせで構成しても構わない。
＜変形例１＞
図２は、図１に示した半導体圧力センサ装置１００の変形例を示す半導体圧力センサ装置１００ａの要部断面図である。この図は、半導体圧力センサＩＣチップ１０１ａの要部断面図である。
尚、前記密着度確保・拡散防止層７はＣｒ膜もしくはＴｉ膜のいずれかの単層膜であってもよい。また、前記のＡｕ膜８の代わりにＰｔ膜としても構わない。また、積層金属層１３は前記の組み合わせで構成しても構わない。
＜変形例１＞
図２は、図１に示した半導体圧力センサ装置１００の変形例を示す半導体圧力センサ装置１００ａの要部断面図である。この図は、半導体圧力センサＩＣチップ１０１ａの要部断面図である。
図１との違いは、アルミ配線層４と密着度確保・拡散防止層７との間に挿設されたＴｉＮ膜５からなる反射防止膜を削除した点である。この場合も積層金属層１３の側面を正テーパー形状１５にすることで、窪みの形成は抑制されるので、図１と同様の効果が得られる。しかし、反射防止膜であるＴｉＮ膜５がないために、アルミ配線層４からの大きなヒロックの発生を抑制できないので、密着度確保・拡散防止層７およびＡｕ膜８を厚くする必要がある。
（実施例２）
図３は、この発明に係る第２実施例の半導体圧力センサ装置２００の要部断面図である。この図は、半導体圧力センサＩＣチップ２０１の要部断面図である。
（実施例２）
図３は、この発明に係る第２実施例の半導体圧力センサ装置２００の要部断面図である。この図は、半導体圧力センサＩＣチップ２０１の要部断面図である。
図１との違いは、積層金属層１３を構成するＣｒ膜７ａ、Ｐｔ膜７ｂ、Ａｕ膜８の端面１４が半導体基板側に向って広くなる階段形状２１をしている点である。この場合も窪みの形成は抑制される。
（実施例３）
図４および図５は、この発明に係る第３実施例の半導体圧力センサ装置１００の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
（１）図４（ａ）において、半導体基板１の表面側には歪ゲージ抵抗２を形成し、その上に層間絶縁膜であるシリコン酸化膜３を形成する。続いて、シリコン酸化膜３上にアルミ配線層４を形成する。続いて、このアルミ配線層４上に反射防止膜であるＴｉＮ膜５を形成する。このＴｉＮ膜５およびアルミ配線層４の端部周囲を被覆するようにシリコン酸化膜６ａとシリコン窒化膜６ｂからなるパッシベーション膜６を形成する。
（２）図４（ｂ）において、ＴｉＮ膜５上にＣｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂからなる密着度確保・拡散防止層７をスパッタ法により形成する。
（３）図４（ｃ）において、密着度確保・拡散防止層７上にＡｕ膜８をスパッタ法により形成する。半導体基板１を裏面から研削して厚みを減らした後、凹部１０を形成する。続いて、裏面にガラス基板１１を貼り付ける。この貼り付けにより凹部１０がガラス基板１１で塞がれて真空基準室９となる。また、この貼り付けは４００℃程度の高い温度で静電接合（陽極接合）により行なわれるが、アルミ配線層４は反射防止膜であるＴｉＮ膜５が被覆されているので、アルミ配線層４からの大きなヒロックの発生は抑制される。そのため、密着度確保・拡散防止層７およびＡｕ膜８の厚さを薄くできる。
（４）図５（ｄ）において、アルミ配線層４の直上のＡｕ膜８にレジストマスク１２を被覆する。図５（ｄ）は図４（ｃ）のＡ部拡大図である。
（５）図５（ｅ）において、Ｃｒ膜７ａ、Ｐｔ膜７ｂ、Ａｕ膜８の積層金属層１３をイオンミリングでドライエッチングし、積層金属層１３の端面１４を正テーパー形状１５に加工する。このイオンミリングは通常のドライエッチングに比べてエッチングレートが速いので加工時間を短縮できる。積層金属層１３の端面１４に正テーパー形状１５を形成することで、窪み（図８の微小隙間８０に相当する）の形成が防止される。また、このイオンミリングにより正テーパー形状１５となった積層金属層１３の箇所はパッド電極となる。
（実施例３）
図４および図５は、この発明に係る第３実施例の半導体圧力センサ装置１００の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。
（１）図４（ａ）において、半導体基板１の表面側には歪ゲージ抵抗２を形成し、その上に層間絶縁膜であるシリコン酸化膜３を形成する。続いて、シリコン酸化膜３上にアルミ配線層４を形成する。続いて、このアルミ配線層４上に反射防止膜であるＴｉＮ膜５を形成する。このＴｉＮ膜５およびアルミ配線層４の端部周囲を被覆するようにシリコン酸化膜６ａとシリコン窒化膜６ｂからなるパッシベーション膜６を形成する。
（２）図４（ｂ）において、ＴｉＮ膜５上にＣｒ膜７ａとＰｔ膜７ｂからなる密着度確保・拡散防止層７をスパッタ法により形成する。
（３）図４（ｃ）において、密着度確保・拡散防止層７上にＡｕ膜８をスパッタ法により形成する。半導体基板１を裏面から研削して厚みを減らした後、凹部１０を形成する。続いて、裏面にガラス基板１１を貼り付ける。この貼り付けにより凹部１０がガラス基板１１で塞がれて真空基準室９となる。また、この貼り付けは４００℃程度の高い温度で静電接合（陽極接合）により行なわれるが、アルミ配線層４は反射防止膜であるＴｉＮ膜５が被覆されているので、アルミ配線層４からの大きなヒロックの発生は抑制される。そのため、密着度確保・拡散防止層７およびＡｕ膜８の厚さを薄くできる。
（４）図５（ｄ）において、アルミ配線層４の直上のＡｕ膜８にレジストマスク１２を被覆する。図５（ｄ）は図４（ｃ）のＡ部拡大図である。
（５）図５（ｅ）において、Ｃｒ膜７ａ、Ｐｔ膜７ｂ、Ａｕ膜８の積層金属層１３をイオンミリングでドライエッチングし、積層金属層１３の端面１４を正テーパー形状１５に加工する。このイオンミリングは通常のドライエッチングに比べてエッチングレートが速いので加工時間を短縮できる。積層金属層１３の端面１４に正テーパー形状１５を形成することで、窪み（図８の微小隙間８０に相当する）の形成が防止される。また、このイオンミリングにより正テーパー形状１５となった積層金属層１３の箇所はパッド電極となる。
その後、半導体基板１および接合されたガラス基板台座１１を合わせてダイシングすることで半導体圧力センサＩＣチップ１０１となる。この半導体圧力センサＩＣチップ１０１を樹脂ケース１６に接着剤１７で固着して格納し、金からなるボンディングワイヤ１８でパッド電極を構成するＡｕ膜８と樹脂ケース１６の金属端子１９を接続する。続いて、シリコーンゲル２０を充填して、図１（ａ）に示す半導体圧力センサ装置１００が形成される。
図６は、図４（ｃ）のイオンミリング工程を説明する図である。ガラス基板１１が付いた半導体基板１を傾けて、直進するＡｒイオン２２を積層金属層１３の表面に衝突させて（Ａｒイオンビームを照射して）イオンミリングを施し、積層金属層１３の端面１４を正テーパー形状１５に加工する。水平方向に走るＡｒイオン２２の飛程軸２３（Ａｒイオンビーム軸）に対して垂直方向２４を基準にして半導体基板１の表面（ガラス基板１１の裏面）が鋭角になる角度θに傾ける。このように、半導体基板１の表面を傾け、半導体基板１を自転させることで、イオンミリングで積層金属層１３がら飛び出した飛散物２５が重力方向２６に落下して再度半導体基板１の表面に付着することが防止される。付着が防止されることで、積層金属層１３の残渣を防ぐことができる。また、Ａｒイオン源が飛散物２５で汚染されることも防止できる。この傾ける角度θは０°≦θ≦５０°にするよい。
この角度θが０°未満（マイナスの角度で半導体基板の表面が上方を向くようになる）になると、再付着が発生しやすくなる。また、５０°超になると、マスクの厚みでシャドー（影）ができて、エッチング箇所でのＡｒイオンの衝突密度が低下してイオンミリングのエッチング速度が低下する。そのため、好ましくは、１０°≦θ≦５０°がよい。
尚、半導体基板１を水平に載置し、垂直方向から積層金属層１３の表面にＡｒイオンを衝突させても積層金属層１３の端面１４に正テーパー形状１５を形成できる。しかし、半導体基板１の表面が上方を向いている場合には、半導体基板１の表面に飛散物２５が付着しやすくなるので、付着を防止する対策が必要になる。一方、半導体基板１の表面が真下に向いている場合には、今度は半導体基板１の真下に配置されるＡｒイオン源に飛散物２５が落下して付着しないようにする対策が必要になる。そのため、前記した角度（０°≦θ≦５０°）にすることで、これらの対策が不要となるのでよい。
また、排気系などの劣悪な環境で使用される前記した半導体圧力センサ装置１００，２００，３００の他に、半導体加速度センサー装置などの半導体物理量センサ装置が排気系などの劣悪な環境で使用される場合には本発明の構成が有効である。
尚、本発明は、ガラス基板１１にダイアフラム２ａに通じる貫通孔を設け、ダイアフラム２ａの表面側と裏面側の差圧を測るセンサにも適用できる。また、ガラス基板１１を用いずに半導体基板１内に空洞を設けることによって、真空基準室を形成した半導体圧力センサ装置にも適用できる。
１ 半導体基板
２ 歪ゲージ抵抗
２ａ ダイアフラム
３ シリコン酸化膜
４ アルミ配線層
５ ＴｉＮ膜
６ パッシベーション膜
６ａ シリコン酸化膜
６ｂ シリコン窒化膜
７ 密着度確保・拡散防止層
７ａ Ｃｒ膜
７ｂ Ｐｔ膜
８ Ａｕ膜
９ 真空基準室
１０ 凹部
１１ ガラス基板
１２ レジストマスク
１３ 積層金属層
１４ 端面
１５ 正テーパー形状
１６ 樹脂ケース
１７ 接着剤
１８ ボンディングワイヤ
１９ 金属端子
２０ シリコーンゲル
２１ 階段形状
２２ Ａｒイオン
２３ 飛程軸
２４ 垂直方向
２５ 飛散物
１００，１００ａ，２００ 半導体圧力センサ装置
１０１，１０１ａ，２０１ 半導体圧力センサＩＣチップ
２ 歪ゲージ抵抗
２ａ ダイアフラム
３ シリコン酸化膜
４ アルミ配線層
５ ＴｉＮ膜
６ パッシベーション膜
６ａ シリコン酸化膜
６ｂ シリコン窒化膜
７ 密着度確保・拡散防止層
７ａ Ｃｒ膜
７ｂ Ｐｔ膜
８ Ａｕ膜
９ 真空基準室
１０ 凹部
１１ ガラス基板
１２ レジストマスク
１３ 積層金属層
１４ 端面
１５ 正テーパー形状
１６ 樹脂ケース
１７ 接着剤
１８ ボンディングワイヤ
１９ 金属端子
２０ シリコーンゲル
２１ 階段形状
２２ Ａｒイオン
２３ 飛程軸
２４ 垂直方向
２５ 飛散物
１００，１００ａ，２００ 半導体圧力センサ装置
１０１，１０１ａ，２０１ 半導体圧力センサＩＣチップ
Claims (15)
- 内燃機関の排気系に設置される半導体圧力センサ装置において、半導体基板上に配置され、圧力に応じて歪むダイアフラムと、該ダイアフラムに配置される歪みゲージと、該歪ゲージに接続し、前記半導体基板上に層間絶縁膜を介して配置される金属配線層と、該金属配線層が露出する開口部を有するパッシベーション膜と、前記露出した金属配線層上と該金属配線層の端部を被覆する前記パッシベーション膜上に配置される密着度確保・拡散防止層と、該密着度確保・拡散防止層上に積層されるパッド電極を構成する導電層とを備え、前記密着度確保・拡散防止層と前記導電層で構成される積層金属層の端面が前記半導体基板側に向かって広がる正テーパー形状であることを特徴とする半導体圧力センサ装置。
- 前記半導体基板の裏面にガラス基板が静電接合によって固着されることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ装置。
- 前記金属配線層がアルミ配線層であり、前記密着度確保・拡散防止層が前記半導体基板側から上方に向かってＣｒ膜とＰｔ膜の積層膜もしくはＴｉ膜とＰｔ膜の積層膜であり、前記導電層が前記Ｐｔ膜上に積層されるＡｕ膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体圧力センサ装置。
- 前記密着度確保・拡散防止層がＣｒ膜もしくはＴｉ膜のいずれかの単層膜であり、前記導電層がＰｔ膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体圧力センサ装置。
- 前記金属配線層と前記密着度確保・拡散防止層の間に反射防止膜を介在させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ装置。
- 前記反射防止膜がＴｉＮ膜であることを特徴とする請求項５に記載の半導体圧力センサ装置。
- 請求項５または６に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法において、
前記金属配線層上に前記反射防止膜を形成する工程と、
開口部を有する前記パッシベーション膜を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に前記ガラス基板を静電接合により固着する工程と、
前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層を前記反射防止膜上および前記パッシベーション膜上に形成する前記積層金属層形成工程とを備え、
前記積層金属層形成工程は、前記半導体基板の表面側全面に前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層をスパッタにより成膜する工程と、成膜した前記導電層上に選択的にレジストマスクを形成する工程と、イオンミリングにより前記導電層および前記密着度確保・拡散防止層をエッチングする工程とを備えることを特徴とする半導体圧力センサ装置の製造方法。 - 前記請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法において、前記積層金属層の端面の正テーパー形状が、マスクを介してＡｒイオンを前記積層金属層に衝突させてエッチングするイオンミリングで形成されることを特徴とする半導体圧力センサ装置の製造方法。
- 前記Ａｒイオンの飛程軸に対して垂直方向を基準にして前記積層金属層の表面が鋭角になるように下方に傾けることを特徴とする請求項８に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法。
- 前記Ａｒイオンの飛程軸を水平にし、該飛程軸に対して垂直方向を基準にして前記積層金属層の表面が下方に傾く角度θが、０°≦θ≦５０°であることを特徴とする請求項９に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法。
- 前記角度θが、１０°≦θ≦５０°であることを特徴とする請求項９に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法。
- 前記半導体基板の裏面に前記ガラス基板が静電接合で固着されることを特徴とする請求項８に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法。
- 内燃機関の排気系に設置される半導体圧力センサ装置において、半導体基板の一方の面に形成されたダイアフラムの一方の面側に形成された歪ゲージ抵抗と、前記半導体基板の一方の面上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された金属配線層と、該金属配線層が露出する開口部を有するパッシベーション膜と、前記露出した金属配線層上と該金属配線層の端部を被覆する前記パッシベーション膜上に配置される密着度確保・拡散防止層と、該密着度確保・拡散防止層上に積層されるパッド電極を構成する導電層とを備え、前記密着度確保・拡散防止層と前記導電層で構成される積層金属層の端面が前記半導体基板側に向かって広がる正テーパー形状であることを特徴とする半導体圧力センサ装置。
- 前記半導体基板の一方の面に形成された集積回路を備えることを特徴とする請求項１３に記載の半導体圧力センサ装置。
- 請求項１３または１４に記載の半導体圧力センサ装置の製造方法において、
前記金属配線層上に前記反射防止膜を形成する工程と、
開口部を有する前記パッシベーション膜を形成する工程と、
前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層を前記反射防止膜上および前記パッシベーション膜上に形成する前記積層金属層形成工程とを備え、
前記積層金属層形成工程は、前記半導体基板の表面側全面に前記密着度確保・拡散防止層および前記導電層をスパッタにより成膜する工程と、成膜した前記導電層上に選択的にレジストマスクを形成する工程と、イオンミリングにより前記導電層および前記密着度確保・拡散防止層をエッチングする工程とを備えることを特徴とする半導体圧力センサ装置の製造方法。
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