JPS63118629A - 半導体圧力センサのブリツジ回路調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明はウェハプロセスにおける半導体圧力センサの
ブリッジ回路調整方法に関し、さらに詳細にいえば、カ
テーテル先端に取り付けられる医療用の半導体圧力セン
サに代表される半導体圧力センサのブリッジ回路調整方
法に関する。

〈従来の技術、および発明が解決しようとする問題点〉 半導体圧力センサは、シリコン等の半導体結晶に機械的
応力が加わると、ピエゾ抵抗効果により大きな抵抗値変
化をすることに着目して開発されたものであり、一般的
にはシリコン単結晶体の表面層に歪ゲージ抵抗体を拡散
形成し、この歪ゲージ抵抗体４つでホイーストンブリッ
ジを組み、エツチングによりシリコン単結晶体の裏面に
凹部を形成し、薄い部分をダイアフラムとし、表面の適
所に電極を配置したものである。そして、半導体圧力セ
ンサに圧力が加わった場合に、ダイアフラムが変形し、
歪ゲージ抵抗体の抵抗値がピエゾ抵抗効果により、大き
く変化し、圧力に比例したブリッジ出力を得ることがで
きる。

上記の半導体圧力センサは非常に小さく、特に医療用に
おいては、カテーテルの先端に複数個の半導体圧力セン
サを取り付け、体内に挿入することから、温度補償回路
及び圧力感度補償回路等の周辺回路を組み込んだもので
も、１チツプの１辺が１　ｍｍ程度以下の小さいものに
する必要がある。

上記の歪ゲージ抵抗体及び拡散抵抗体を形成する時に発
生する各抵抗素子の抵抗値の不均一、及びエツチングプ
ロセスにおいてダイアフラムを形成するときに発生する
ダイアフラムの厚さの不均一により半導体圧力センサの
特性にバラツキが生じる。

しかし、上述の如く半導体圧力センサが非常に小さく実
際に圧力を加えた状態において電気的特性を測定し、ブ
リッジ回路の抵抗バランスを調整することは非常に困難
である為、現状では、圧力を加えた状態での測定を省略
し、ブリッジ回路の電気的特性のみ測定し、一定許容範
囲を越えるものは、不良品として破棄されていた。

従って、歩留まりが悪いという問題点がある。

〈発明の目的〉 この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり
、現実に使用される状態に近似した状態における半導体
圧力センサの出力に基づき、ブリッジ回路の出力バラン
スの調整を行い、歩留まりを良くする半導体圧力センサ
のブリッジ回路調整方法を提供することを目的としてい
る。

く問題点を解決する為の手段〉 上記の目的を達成するための、この発明の半導体圧力セ
ンサのブリッジ回路調整方法は、ダイアフラム型半導体
圧力センサの拡散プロセスにおいて歪ゲージ抵抗体と該
歪ゲージ抵抗体を接続する拡散抵抗体とからなるブリッ
ジ回路の主要部を形成し、配線プロセスにおいて上記拡
散抵抗体から所定間隔毎に電気良導体からなる配線を引
き出し、該電気良導体からなる各配線の端部に電極を設
けておき、テストプロセスにおいてダイアフラムの裏面
を真空吸引し、仮想的にダイアフラムの表面側から圧力
を加えた状態を作りだし、上記ブリッジ回路を利用して
、ダイアフラムの表面側から半導体圧力センサの圧力感
度を測定し、この測定された圧力感度に基づき、上記電
気良導体からなる各配線に設けられた電極を選択し、ボ
ンディングしてブリッジ回路の出力バランスを調整する
ものである。

く作用〉 以上の半導体圧力センサのブリッジ回路調整方法であれ
ば、テストプロセスにおいて、ダイアフラムの裏面側か
ら真空吸引することにより、ダイアフラムが負圧を受け
て変形し、ダイアフラムの変形に応じてダイアフラム上
に形成されたブリッジ回路の主要部である歪ゲージ抵抗
体の抵抗値が、ピエゾ抵抗効果により変化し、上記ブリ
ッジ回路の出力変化を半導体圧力センサの表面に形成さ
れた電極を利用してＭ１定することができる。

そして、拡散抵抗体から所定間隔毎に電気良導体からな
る配線を引き出すことにより、拡散抵抗体の抵抗値を段
階的に設定することができるので、上記圧力感度の測定
結果に基づき、少なくとも１つの電極を選択してボンデ
ィングすることにより、拡散抵抗体の分配を行え、抵抗
値の調整及を行うことができる。

従って、圧力を加えた場合におけるブリッジ回路の抵抗
バランスの調整を行い、ウェハをダイシングする前に半
導体圧力センサのブリッジ回路の調整を行うことを可能
にする。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は、この発明の半導体圧力センサのブリッジ回路
調整方法を示す該略平面図、第２図は、半導体圧力セン
サの概略横断面図を示し、半導体圧力センサ（１）は、
全体の厚さは略４００卯の非常に小さいものであり、ｎ
−型シリコン単結晶からなる基板（２）の表面に数にΩ
のｐ−型歪ゲージ抵抗体（３ａ）　Ｈｂ）　（３ｃ）　
（３ｄ）を形成し、１０２Ω櫨オーダのｐ＋拡散抵抗体
（４）により上記歪ゲージ抵抗体４つを直列に配線する
とともに、基板［２）の表面上の周囲に延設し、この延
設された拡散抵抗体（４１上にＡＱパッド（５ａ）　（
５ｂ）　（５ｃ）　（５ｄ）を形成している。そして、
シリコン単結晶体［２）の裏面に凹部（６）を形成し、
薄い部分（厚さがｌＯ〜３０μｌ）をダイアフラム（刀
としている。

以上公知の半導体圧力センサ（１）に加えて、へ〇パッ
ド［８）・・・を増設し、歪ゲージ抵抗体（３Ｃ）と歪
ゲージ抵抗体（３ｂ）の間に形成されている拡散抵抗体
（４）の所定の間隔毎から電気良導体（具体的には、ｊ
Ｖ。

金、銀、鋼等）からなる配線（９）・・・を引き出して
設け、上記各配線（９）・・・をそれぞれＡＱバッド（
８］・・・に接続する。即ち、１本の配線（９］につき
１つの／Ｖパッド）８）が設けられている。

そして、ＪＶパッド（５ａ）と（５ｄ）を接続し、ＡＱ
パッド（５ａ）　（５ｄ）とＡＱバッド（８）間に電圧
を加え、ＡＱパッド（５ｂ）とＡＱバッド（５ｃ）間か
ら出力を取り出す。即ち、ブリッジ回路を構成し、何れ
かのＡＱパッド（８）を適宜選択してボンデングするこ
とにより、歪ゲージ抵抗体く３ｃ）と歪ゲージ抵抗体（
３ｂ）との間に配線として形成されている拡散抵抗体（
４）の抵抗値の調整を行うことができる（第５図参照）
。

尚、上記の抵抗調整回路口は、歪ゲージ抵抗体（３ｂ）
　（３ｃ）の間のみに限られず、他の歪ゲージ抵抗体の
間に設けて、全ての、拡散抵抗体〔４）の抵抗調整を行
ってもよい。又、拡散抵抗体〔４）から配線（９］・・
・を引き出す間隔は、抵抗体の抵抗特性（Ω−用）に応
じて、設定されるものであり、抵抗特性がリニアであれ
ば、等間隔にするのが好ましい。

第３図は、半導体圧力センサの圧力感度を測定する１例
を示す概略断面図であり、（１１）は、ウェハステージ
台であり、ステンレス、合成樹脂等の板材上に軟質性合
成樹脂（具体的には、スチレン、ブタジェン、あるいは
シリコンゴム等）からなる厚さ１０μｍオーダの真空洩
れ防止用の封止材（１２〉を有し、そして、ウェハステ
ージ台（１１）の適所に上記ダイアフラム（刀の凹部（
６）を真空吸引するための貫通孔（１３）を少なくとも
１つ設けている。上記の貫通孔（１３）の上に、半導体
圧力センサ（１〕の凹部（６）を位置させ、半導体圧力
センサ（１）の表面に設けたＡＱパッド（５ａ）　（５
ｄ）とＡＱバッド（８）（ブリッジ入力端子間）、及び
ＡＱパッド（５ｂ）とＭ’パッド（５ｂ）　（ブリッジ
出力端子間）に測定用プローブ（１４）を接触させてい
る。

尚、ウェハステージ台（１１）の貫通孔（１３）の上に
半導体圧力センサ（１］の凹部（６）を位置させるには
、ウェハステージ台（１１）と測定プローブ（１４）を
固定しておいて、ウェハ（１５）を移動させるか、ウェ
ハ（１５）を固定しておいて、ウェハステージ台（１１
）及び測定プローブ（１３）を移動させればよい。

上記の如く、ウェハ（１５）をウェハステージ台（１１
）上に載置し、貫通孔（１３）を利用して真空吸引すれ
ば、ウェハステージ台（１１）上の封止材がシリコン結
晶体（２）とウェハステージ台（１１）との接合部から
の真空洩れを防止し、半導体圧力センサ（１）の凹部（
６）に表面から加えた圧力に対応した負圧を発生させて
、ダイアフラム（刀が表面側から圧力を受けた場合と同
様に変形する。

第４図は、上記ダイアフラム（刀が変形した状態を示し
、第５図に示すブリッジ回路を構成する４つの歪ゲージ
抵抗体（３ａ）　（３ｂ）　（３ｃ）　（３ｄ）の内、
ダイアフラム（７）の中央部に拡散された歪ゲージ抵抗
体（３ａ）　（３ｃ）は、ダイアフラム（７）の変形に
ともなって圧縮され、ダイアフラム（′７）の周辺部に
拡散された歪ゲージ抵抗体（３ｂ）　（３ｄ）は、ダイ
アフラム口の変形にともなって伸張される。

上記の歪ゲージ抵抗体として、圧縮応力に比例して抵抗
値が増加するものを利用し、歪ゲージ抵抗体（３ａ）　
（３ｂ）　（３ｃ）　（３ｄ）の抵抗値をそれぞれ、Ｒ
１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とすると、ダイアフラム口の変形
にともなって、Ｒ２、Ｒ４は増加し、Ｒ１、Ｒ３は減少
する。

即ち、Ｒ２の端子間電位ｖ１は増加し、Ｒ３の端子間電
位Ｖ２は減少する。

従って、ダイアフラム［７）の変形に比例してブリッジ
出力、即ち、Ｖ　ｔ　　Ｖ　２は増加する。

上記ブリッジ出力を、半導体圧力センサ（１）のＪＶパ
ッド（４）を利用して測定プローブ（１４）により測定
を行うことにより、ウェハ（１５）をダイシングする前
に半導体圧力センサ（１）の圧力感度の測定を行うこと
ができる。

上記のように圧力加えた状態における半導体圧力センサ
の出力を測定し、測定値に僅かでも誤差のある半導体圧
力センサは、半導体圧力センサに作り込まれた調整用回
路（財）により、出力バランスが調整される。即ち、各
拡散抵抗体（４）ア所定間隔毎から引き出された配線（
９）を選択すれば、半導体圧力センサをダイシングする
前において、容易に半導体圧力センサのブリッジ回路の
調整を行うことができる。

以上要約すれば、電気的測定は半導体圧力センサ（１）
の表面側から行い、圧力を加えるのは、半導体圧力セン
サ（１）の裏面側から行うことにより、ウェハプロセス
において半導体圧力センサ（１）の圧力感度の測定を行
っている。そして、この測定において誤差のある半導体
圧力センサは、拡散抵抗体（４）の抵抗値を調整してブ
リッジ回路の出力バランスを調整を行うことにより、半
導体圧力センサのブリッジ回路の調整を行うことができ
る。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明の半導体圧力センサのブリッジ
回路調整方法によれば、裏面側から仮想的にダイアフラ
ムに圧力を加えた状態を作りだし、現実の使用状態と略
同様な状態において電気的出力を測定を行い、この測定
に基づいて、拡散抵抗体の所定間隔毎から引き出された
配線上に形成された電極を適宜選択してボンディングす
ることにより、拡散抵抗体の抵抗値を調整して、半導体
圧力センサのブリッジ回路のバランス調整を行うことを
可能にするため、歩留まりを良くすることができるとい
う特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の半導体圧力センサのブリッジ回路
調整方法の１実施例をｒす概略平面図第２図は、半導体
圧力センサの横断面図、第３図は、半導体圧力センサの
圧力感度をｎ１定する実施例を示す概略断面図、 第４図は、半導体圧力センサに圧力を加えた状態図、 第５図は、半導体圧力センサの電気的構成を示す電気回
路図。 （１）・・・半導体圧力センサ、（４）・・・拡散抵抗
体、（７）・・・ダイアフラム、（８）・・・ＡＱパッ
ド、（９］　・・・配線、（３ａ）　（３ｂ）　（３ｃ
）　（３ｄ）−歪ゲージ抵抗体、（５ａ）　（５ｂ）　
（５ｃ）　（５ｄ）　＝−Ａ１２パツド。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 Ｉ 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ダイアフラム型半導体圧力センサの拡散プロセスに
   おいて歪ゲージ抵抗体と該歪ゲージ抵抗体を接続する拡
   散抵抗体とからなるブリッジ回路の主要部を形成し、 配線プロセスにおいて上記拡散抵抗体から所定間隔毎に
   電気良導体からなる配線を引き出し、該電気良導体から
   なる各配線の端部に電極を設けておき、テストプロセス
   においてダイアフラムの裏面を真空吸引し、仮想的にダ
   イアフラムの表面側から圧力を加えた状態を作りだし、 上記ブリッジ回路を利用して、ダイアフラムの表面側か
   ら半導体圧力センサの圧力感度を測定し、この測定され
   た圧力感度に基づき、上記電気良導体からなる各配線の
   端部に設けられた電極を選択し、ボンディングしてブリ
   ッジ回路の出力バランスを調整することを特徴とする半
   導体圧力センサのブリッジ回路の調整方法。