JP2617287B2 - シリコンマイクロセンサ - Google Patents
シリコンマイクロセンサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコンの異方性エ
ッチングを利用したシリコンマイクロセンサに関し、特
に支持体部の材料および構造に関する。
ッチングを利用したシリコンマイクロセンサに関し、特
に支持体部の材料および構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線センサ、フローセンサ、ガスセン
サなど熱収支を利用するセンサでは、発熱部や検出部を
微小化・薄膜化することによって高感度化、高速応答
化、低消費電力化が可能となる。また、圧力センサ、振
動センサ、加速度センサなど可動部を有するセンサで
は、可動部とその支持部を薄膜化することによって、高
感度化、微小化が図られる。以上のように、センサ部を
非常に薄い支持体で形成することによってセンサの高感
度化、低消費電力化、センサチップの微小化、さらには
各種センサの複合化、集積化も可能になる。このような
理由から、シリコン基板のごく表面層の酸化膜や、高濃
度ボロンドープ層を残し、下層のシリコンをエッチング
で除去して、支持体及びセンサ部を形成するいわゆるシ
リコンマイクロセンサの開発が盛んである。その支持体
の形状は、ブリッジ、カンチレバー、ダイアフラムなど
様々である。支持体の概略図を図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）
に示す。つぎに上述の薄い支持体を形成する方法につい
て説明する。
サなど熱収支を利用するセンサでは、発熱部や検出部を
微小化・薄膜化することによって高感度化、高速応答
化、低消費電力化が可能となる。また、圧力センサ、振
動センサ、加速度センサなど可動部を有するセンサで
は、可動部とその支持部を薄膜化することによって、高
感度化、微小化が図られる。以上のように、センサ部を
非常に薄い支持体で形成することによってセンサの高感
度化、低消費電力化、センサチップの微小化、さらには
各種センサの複合化、集積化も可能になる。このような
理由から、シリコン基板のごく表面層の酸化膜や、高濃
度ボロンドープ層を残し、下層のシリコンをエッチング
で除去して、支持体及びセンサ部を形成するいわゆるシ
リコンマイクロセンサの開発が盛んである。その支持体
の形状は、ブリッジ、カンチレバー、ダイアフラムなど
様々である。支持体の概略図を図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）
に示す。つぎに上述の薄い支持体を形成する方法につい
て説明する。
【０００３】シリコン単結晶をＥＰＷ液（エチレンジア
ミン・ピロカテコール・水の混合液）ＮａＯＨ，ＫＯＨ
などのアルカリ液でエッチングすると、結晶軸によって
エッチング速度が大きく異なる結晶軸異方性がある。す
なわち＜１１１＞方向のエッチング速度が、他の＜１０
０＞や＜１１０＞等の方向に比べて極端に遅い。この性
質のために、例えば（１００）ウェハーに、ＳｉＯ2を
マスクとしてエッチングで穴を開けると、ウェハー面と
５４．７°の角度をなす４つの（１１１）面で囲まれた
逆ピラミッド形の穴が開く。また（１１０）ウェハーの
場合には、ウェハー面と垂直な穴が開く。（１００）ウ
ェハーを用いて、熱酸化膜を形成したのち、パターン化
してマスクとし、シリコンのエッチングを行った例が図
５である。この際に支持体として残るのは、熱酸化膜の
みである。熱酸化膜の代わりに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で形
成したＳｉＯ2膜や、Ｓｉ3Ｎ4膜を用いた例もある。
ミン・ピロカテコール・水の混合液）ＮａＯＨ，ＫＯＨ
などのアルカリ液でエッチングすると、結晶軸によって
エッチング速度が大きく異なる結晶軸異方性がある。す
なわち＜１１１＞方向のエッチング速度が、他の＜１０
０＞や＜１１０＞等の方向に比べて極端に遅い。この性
質のために、例えば（１００）ウェハーに、ＳｉＯ2を
マスクとしてエッチングで穴を開けると、ウェハー面と
５４．７°の角度をなす４つの（１１１）面で囲まれた
逆ピラミッド形の穴が開く。また（１１０）ウェハーの
場合には、ウェハー面と垂直な穴が開く。（１００）ウ
ェハーを用いて、熱酸化膜を形成したのち、パターン化
してマスクとし、シリコンのエッチングを行った例が図
５である。この際に支持体として残るのは、熱酸化膜の
みである。熱酸化膜の代わりに、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で形
成したＳｉＯ2膜や、Ｓｉ3Ｎ4膜を用いた例もある。
【０００４】その他の薄い支持体を形成する方法とし
て、シリコンエッチングの際の不純物濃度依存性を利用
する方法がある。前述のエッチング液では、ボロンを高
濃度に拡散したシリコン層は、エッチング速度が遅くな
り、エッチング停止層として働く。従って、シリコンウ
ェハーの片面にボロンを高濃度に拡散した層を形成し、
裏面よりＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4などをマスクとしてエッチ
ングすると、図５（Ｃ）のダイアフラムが形成される。
ブリッジ、カンチレバー等も同様にして形成することが
できる。ただし、この際支持体として残るのは、高濃度
ボロンドープ層である。
て、シリコンエッチングの際の不純物濃度依存性を利用
する方法がある。前述のエッチング液では、ボロンを高
濃度に拡散したシリコン層は、エッチング速度が遅くな
り、エッチング停止層として働く。従って、シリコンウ
ェハーの片面にボロンを高濃度に拡散した層を形成し、
裏面よりＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4などをマスクとしてエッチ
ングすると、図５（Ｃ）のダイアフラムが形成される。
ブリッジ、カンチレバー等も同様にして形成することが
できる。ただし、この際支持体として残るのは、高濃度
ボロンドープ層である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】酸化膜を用いて、薄い
支持体を形成した場合、膜厚が１ミクロン以下のように
薄くなると、支持体の湾曲が起こったり、機械的強度が
弱くなる。逆に厚くなると、シリコンと酸化膜との熱膨
張率の差によって歪が加わり、支持体にヒビ割れや、破
損が起こる。また厚い熱酸化膜は作製に時間を要し、生
産性が悪く、得られる膜厚はせいぜい２〜３ミクロン以
下である。
支持体を形成した場合、膜厚が１ミクロン以下のように
薄くなると、支持体の湾曲が起こったり、機械的強度が
弱くなる。逆に厚くなると、シリコンと酸化膜との熱膨
張率の差によって歪が加わり、支持体にヒビ割れや、破
損が起こる。また厚い熱酸化膜は作製に時間を要し、生
産性が悪く、得られる膜厚はせいぜい２〜３ミクロン以
下である。
【０００６】一方、高濃度ボロンドープ層で支持体を形
成した場合、高濃度ボロンドープ層の電気抵抗は低いの
で、この支持体上に、センサ材料を形成しようとする際
には、高濃度ボロンドープ層とセンサ材料の間を電気的
に絶縁する必要があるが、その絶縁膜をボロンドープ層
より厚く形成すると、支持体全体が受ける歪みによりヒ
ビ割れや破損が起きる。
成した場合、高濃度ボロンドープ層の電気抵抗は低いの
で、この支持体上に、センサ材料を形成しようとする際
には、高濃度ボロンドープ層とセンサ材料の間を電気的
に絶縁する必要があるが、その絶縁膜をボロンドープ層
より厚く形成すると、支持体全体が受ける歪みによりヒ
ビ割れや破損が起きる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明では一主面上に凹部が形成されたシリコン
基板３と、前記凹部を除くシリコン基板３表面に形成さ
れたボロンドープ層５と、少なくとも該ボロンドープ層
５表面に形成され、該ボロンドープ層５に比較して薄い
絶縁膜６と、からなる支持体を具備してなり、前記絶縁
膜６上にセンサ膜を設けたシリコンマイクロセンサを提
供するものである。
めに、本発明では一主面上に凹部が形成されたシリコン
基板３と、前記凹部を除くシリコン基板３表面に形成さ
れたボロンドープ層５と、少なくとも該ボロンドープ層
５表面に形成され、該ボロンドープ層５に比較して薄い
絶縁膜６と、からなる支持体を具備してなり、前記絶縁
膜６上にセンサ膜を設けたシリコンマイクロセンサを提
供するものである。
【０００８】また、前記絶縁膜６が、ＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ
4，Ａｌ2Ｏ3の少なくとも１種類からなるシリコンマイ
クロセンサを提供するものである。
4，Ａｌ2Ｏ3の少なくとも１種類からなるシリコンマイ
クロセンサを提供するものである。
【０００９】酸化膜等の絶縁膜の熱膨張率は、シリコン
とは異なるものの、絶縁膜の膜厚がボロンドープ層より
薄いため、支持体全体としての熱膨張率はボロンドープ
層によってほぼ定まり、ボロンドープ層の熱膨張率はシ
リコンと等しいので、作成時の熱的歪みが少なく、機械
的強度、熱的強度が強く、しかも湾曲のない平坦な支持
体（ブリッジ、カンチレバー、ダイヤフラム）が得られ
る。また、ボロンドープの深さは、約１０ミクロン程度
まで深くできるので支持体を厚くすることができる。
とは異なるものの、絶縁膜の膜厚がボロンドープ層より
薄いため、支持体全体としての熱膨張率はボロンドープ
層によってほぼ定まり、ボロンドープ層の熱膨張率はシ
リコンと等しいので、作成時の熱的歪みが少なく、機械
的強度、熱的強度が強く、しかも湾曲のない平坦な支持
体（ブリッジ、カンチレバー、ダイヤフラム）が得られ
る。また、ボロンドープの深さは、約１０ミクロン程度
まで深くできるので支持体を厚くすることができる。
【００１０】ボロンドープ層を被覆する薄い絶縁層は、
熱酸化膜に限定されない。ＣＶＤ法、スパッタリング
法、その他の方法で形成したＳｉＯ2膜でも良いし、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜、Ａｌ2Ｏ3膜も良好である。作製プロセスの点
からは、ボロンドーピングと同じ装置（拡散装置）を使
用できる熱酸化膜が適するが、熱膨張率の点からは、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜、Ａｌ2Ｏ3膜の方が良い。
熱酸化膜に限定されない。ＣＶＤ法、スパッタリング
法、その他の方法で形成したＳｉＯ2膜でも良いし、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜、Ａｌ2Ｏ3膜も良好である。作製プロセスの点
からは、ボロンドーピングと同じ装置（拡散装置）を使
用できる熱酸化膜が適するが、熱膨張率の点からは、Ｓ
ｉ3Ｎ4膜、Ａｌ2Ｏ3膜の方が良い。
【００１１】
＜実施例１＞図１に本発明の１実施例であるシリコンマ
イクロセンサの断面図及び平面図を、図２に、その製作
工程毎の断面図を示す。
イクロセンサの断面図及び平面図を、図２に、その製作
工程毎の断面図を示す。
【００１２】ｎ型シリコンウェハー３表面を熱酸化し、
フォトエッチングで熱酸化膜４をパターン化する（図２
（Ａ））。このパターン化した熱酸化膜４をマスクとし
て、ボロンを拡散しボロンドープ層５を形成する（図２
（Ｂ））。この際ボロン濃度は、できるだけ高濃度に
（１×１０20ｃｍ／ｃｍ3以上が好ましい）、また接合
深さはかなり深く（約５μｍ）する。つぎに、マスクの
熱酸化膜４をフッ酸緩衝液で除去した後（図２
（Ｃ））、沸点近くまで昇温したＥＰＷエッチング液中
に浸漬し、ボロンドープ層５によりブリッジが形成され
るまでエッチングを行う（図２（Ｄ））。さらに、熱酸
化によって、ボロンドープ層５の厚さに比較して十分薄
い酸化膜６（約３０００Å）を形成する（図２
（Ｅ））。最後に、得られたブリッジ部にセンサ材料と
なる薄膜７および電極８を形成して、図１のセンサが完
成する。上記実施例では、支持体の形状がブリッジの例
を示したが、カンチレバー、ダイヤフラムについても同
様に作製可能である。
フォトエッチングで熱酸化膜４をパターン化する（図２
（Ａ））。このパターン化した熱酸化膜４をマスクとし
て、ボロンを拡散しボロンドープ層５を形成する（図２
（Ｂ））。この際ボロン濃度は、できるだけ高濃度に
（１×１０20ｃｍ／ｃｍ3以上が好ましい）、また接合
深さはかなり深く（約５μｍ）する。つぎに、マスクの
熱酸化膜４をフッ酸緩衝液で除去した後（図２
（Ｃ））、沸点近くまで昇温したＥＰＷエッチング液中
に浸漬し、ボロンドープ層５によりブリッジが形成され
るまでエッチングを行う（図２（Ｄ））。さらに、熱酸
化によって、ボロンドープ層５の厚さに比較して十分薄
い酸化膜６（約３０００Å）を形成する（図２
（Ｅ））。最後に、得られたブリッジ部にセンサ材料と
なる薄膜７および電極８を形成して、図１のセンサが完
成する。上記実施例では、支持体の形状がブリッジの例
を示したが、カンチレバー、ダイヤフラムについても同
様に作製可能である。
【００１３】＜実施例２＞図３に本発明の他の実施例で
あるシリコンマイクロセンサの断面図及び平面図を、図
４にその製作工程毎の断面図を示す。
あるシリコンマイクロセンサの断面図及び平面図を、図
４にその製作工程毎の断面図を示す。
【００１４】ｎ型シリコンウェハー３を熱酸化し、フォ
トエッチングで熱酸化膜４をパターン化し、シリコンエ
ッチング部のみ熱酸化膜４を残す（図４（Ａ））。この
パターン化した熱酸化膜４をマスクとしてボロンを拡散
し、ボロンドープ層５を形成する。同時にボロンドープ
層５の表面に熱酸化膜６を薄く形成する（図４
（Ｂ））。ボロンドープ層５は数μｍ〜１０μｍ、熱酸
化膜６は１０００〜５０００Å程度が好ましい。つぎに
マスクの酸化膜４のみを、フォトエッチングで除去した
後（図４（Ｃ））、沸点近くまで昇温したＥＰＷエッチ
ング液中に浸漬し、シリコンのエッチングを行う。ボロ
ンドープ層５と酸化膜はエッチングされないので、これ
ら２層からなるダイヤフラムが形成される（図４
（Ｄ））。最後に得られたダイヤフラム部に、センサ材
料となる薄膜７および電極８を形成して、図３のセンサ
が完成する。
トエッチングで熱酸化膜４をパターン化し、シリコンエ
ッチング部のみ熱酸化膜４を残す（図４（Ａ））。この
パターン化した熱酸化膜４をマスクとしてボロンを拡散
し、ボロンドープ層５を形成する。同時にボロンドープ
層５の表面に熱酸化膜６を薄く形成する（図４
（Ｂ））。ボロンドープ層５は数μｍ〜１０μｍ、熱酸
化膜６は１０００〜５０００Å程度が好ましい。つぎに
マスクの酸化膜４のみを、フォトエッチングで除去した
後（図４（Ｃ））、沸点近くまで昇温したＥＰＷエッチ
ング液中に浸漬し、シリコンのエッチングを行う。ボロ
ンドープ層５と酸化膜はエッチングされないので、これ
ら２層からなるダイヤフラムが形成される（図４
（Ｄ））。最後に得られたダイヤフラム部に、センサ材
料となる薄膜７および電極８を形成して、図３のセンサ
が完成する。
【００１５】
【発明の効果】本発明の支持体上にセンサ材料を形成す
ることにより、機械的強度、熱的強度が強く、信頼性の
高いシリコンマイクロセンサが得られる。
ることにより、機械的強度、熱的強度が強く、信頼性の
高いシリコンマイクロセンサが得られる。
【００１６】そして、このシリコンマイクロセンサは、
赤外線センサ、フローセンサ、ガスセンサ等の熱収支を
利用するセンサに応用でき、高感度化、低消費電力化に
役立つ。また、圧力センサ、振動センサ、加速度センサ
等可動部を有するセンサへの応用も可能である。さら
に、センサの微小化、複合化、集積化にも寄与する。
赤外線センサ、フローセンサ、ガスセンサ等の熱収支を
利用するセンサに応用でき、高感度化、低消費電力化に
役立つ。また、圧力センサ、振動センサ、加速度センサ
等可動部を有するセンサへの応用も可能である。さら
に、センサの微小化、複合化、集積化にも寄与する。
【図１】本発明の１実施例を示すシリコンマイクロセン
サの断面図及び平面図である。
サの断面図及び平面図である。
【図２】図１に示すシリコンマイクロセンサの製造工程
図である。
図である。
【図３】本発明の他の実施例を示すシリコンマイクロセ
ンサの断面図及び平面図である。
ンサの断面図及び平面図である。
【図４】図３に示すシリコンマイクロセンサの製造工程
図である。
図である。
【図５】従来のシリコンマイクロセンサの支持体形状を
示す構成図である。
示す構成図である。
３ シリコン基板 ４ 熱酸化膜 ５ ボロンドープ層 ６ 熱酸化膜 ７ センサ膜 ８ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/0248 Ｈ０１Ｌ 31/08 Ｈ (56)参考文献 特開 昭61−191953（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−22899（ＪＰ，Ｂ２) Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕ ｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａ ｎｄ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ ｓ Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１ 1985年１月 発行（ニューヨーク，ロンドン）Ｐｌｅ ｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒ ｐｏｒａｔｉｏｎ72−73頁第１図
Claims (2)
- 【請求項１】 一主面上に凹部が形成されたシリコン基
板３と、 前記凹部を除くシリコン基板３表面に形成されたボロン
ドープ層５と、 少なくとも該ボロンドープ層５表面に形成され、該ボロ
ンドープ層５に比較して薄い絶縁膜６と、からなる支持
体を具備してなり、 前記絶縁膜６上にセンサ膜を設けたことを特徴とするシ
リコンマイクロセンサ。 - 【請求項２】 前記絶縁膜６が、ＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，
Ａｌ2Ｏ3の少なくとも１種類からなることを特徴とする
請求項１に記載のシリコンマイクロセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7229049A JP2617287B2 (ja) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | シリコンマイクロセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7229049A JP2617287B2 (ja) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | シリコンマイクロセンサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62079243A Division JPH0650255B2 (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | シリコンマイクロセンサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0894398A JPH0894398A (ja) | 1996-04-12 |
| JP2617287B2 true JP2617287B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=16885951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7229049A Expired - Fee Related JP2617287B2 (ja) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | シリコンマイクロセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2617287B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007101459A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサおよびその製造方法 |
| JP2010276459A (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| US8354729B2 (en) * | 2010-12-27 | 2013-01-15 | Industrial Technology Research Institute | Gas sensor and manufacturing method thereof |
| FR3022684B1 (fr) * | 2014-06-23 | 2017-10-27 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif a membrane a germanium sous contrainte |
| CN114761773A (zh) | 2019-05-21 | 2022-07-15 | 触控解决方案股份有限公司 | 芯片级封装中的组合式近红外和中红外传感器 |
-
1995
- 1995-09-06 JP JP7229049A patent/JP2617287B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅｓ Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１ １９８５年１月発行（ニューヨーク，ロンドン）Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ７２−７３頁第１図 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0894398A (ja) | 1996-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |