JPS6199382A - 圧力センサの製造方法 - 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〕 本発明は、圧力センサの製造方法に係り、特に。

シリコンに応力を加えると抵抗値が変化する性質すなわ
ちピエゾ抵抗効果を利用した流蓮計、加速度センサ等に
用いられる圧力センサの製造方法に関するものである。

〔従来の技術およびその問題点〕

シリコン等の半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体
ストレインｒ−ジは、圧力による抵抗値の変化を検出し
ようとするもので、これを利用して、いろいろな物理量
を測定するためのセンサが提案されている。

例えば、シリコンウェハを用いた加速度センサは、第７
図および第８図（第７図は第８図のＡ−入断面図）に示
す如く、長方形の薄板状に裁断されたシリコンウェハ１
１１に貫通溝１１２を穿孔することによって形成される
もので、枠体部１１３とダイヤフラム部１１４と、加速
度による慣性力Ｆによりダイヤフラム部１１４の変位に
よって曲げ変形するように形成された肉薄の起歪部１１
５とから構成されており、曲げ変形に伴って発生するピ
エゾ効果による抵抗変化を電気的に検出し、加速度な測
定するようにしたものである。

この場合、ダイヤフラｔ＼部１１４の変位による歪は、
枠体部とダイヤフラム部を接続する１本の肉薄の起歪部
１１５に集中するため、強い加速度が加わると、この起
歪部１１５が破損するという不都合があった。

更に、形成にあたっては通常、機械的切削法等が用いら
れているが、複雑な形状の切削は困難である上、寸法精
度にばらつきが生じ易く、再現性が悪い為、特性にばら
つきが生じ易い上、量産性が低いという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、寸法精度
が良好で、再現性の良い圧力センサを製造することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明では、シリコンウェハに対して加工を施
し、所望の形状の圧力センナを形成するに際し、結晶方
向によってエツチング速度が異なる性質−すなわち、異
方性−を有するようなエツチング条件下で、エツチング
を行なうことにより５．　　　成形し、寸法精度の良好
な圧力センサを得ようとするものである。

〔作用〕

すなわち、シリコンはダイヤモンド構造をもつ結晶であ
り、この結晶方向の違いによってエツチング液（大部分
は、（１１０）面を最も速くエツチングし、（１００）
面では遅＜　、（１１１）面はほとんど工、チングされ
ない異方性エツチング液）があることに着目し、本発明
の方法では、例えばシリコン単結晶を（１００）面に沿
ってスライスすることによって得られるシリコンウェハ
（以下（１００）シリコンウェハと指称する）の表面に
酸化シリコン膜のパターンを形成した後、これをマスク
として、アルカリエツチング液を用いた異方性エツチン
グを行なうことにより、センサ部の成形加工を行なうよ
うにしている。

従って、複雑な形状のセンサも寸法精度良く、又、極め
て再現性良く形成することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ、詳
細に説明する。

この加速度センサは、前述の加速度センナの構造を改良
したもので、第１図および第２図に示す如く、（第２図
は第１図のＢ−Ｂ断面図）枠体部１と該枠体部１の内部
に形成されたダイヤフラム部２と、固定状態の該枠体部
と、変位するダイヤフラム部を接続すると共に加速度に
よる慣性力Ｆによる“ダイヤスラム部２の変位に伴って
、ねじれ変形を生じるように形成された第１および第２
の起歪部３，４とから構成されている。

この加速度センサの形成に際しては、まず、（１００）
シリコンウェハ１０ｉ、水蒸気を満たした容器の中で８
００〜１２００℃に加熱し表面を酸化することにより、
第３図（！Ｌ）に示す如く酸化シリコン膜１１を形成す
る。

次いで、第３図（ｂ）に示す如く、フォトレジスト１２
を該シリコンウェハ１０の表面全体に塗布する。

この後、フォトマスク（図示せず）をこの表面に合わせ
て順次紫外線露光し、現像することにより、第３図（ｃ
）に示す如く、両面のレジス）　ａ４ターン１２を形成
する。

続いて、このレジストノやターンをマスクとして、フッ
酸（ＨＦ）系の溶液でエツチングし、開口窓内の酸化シ
リコン膜１１を除去した後、前記レジストノ母ターン１
２を剥離することにより、第３図（ｄ）に示す如く、酸
化シリコン暎１１のパターンヲ形成する。

そして、該酸化シリコン膜１１の両面パターンをマスク
とし、水酸化カリウム（ＫＯＨ）系の異方性エツチング
液を用いてシリコンウェハ１０をエツチングすることに
より、第１図および第２図に示す如く、肉薄の部分であ
る第１および第２の起歪部３，４を有する加速度センナ
が精度良く形成される。

このように、貫通溝の形成て異方性エツチング法を用い
ているため、（１１０）面のエツチングのみが早く進み
、（１００）面すなわち側方へのエツチング（サイドエ
ツチング）は小さくてすみ、複雑なパターンを形成する
場合にも寸法精度の良好な・々ターンが再現性良く形成
される。

また、この加速度センサは、ダイヤスラム部が２つの第
１および第２の起歪部を介して枠体部に接続されている
ため、加速度により生じた慣性力Ｆによるダイヤプラム
部の変位は前記第１および第２の起歪部のねじれ変形と
して表われる。従って、このねじれ変形に伴って発生す
るピエゾ効果に起因する抵抗変化を電気的に検出し、加
速度を検出するわけであるが、従来の如き１つの起歪部
の曲げ変形によってダイヤフラム部の変位のすべてを受
ける場合に比べ、２つの起歪部のねじれ変形によって受
ける本発明の構造では、（同一の加速度における）起歪
部の変形量を少なくすることができ、機械的強度を増す
ことができるため、信頼性が向上する。

次に、本発明の他の実施例として、流速計の例を説明す
る。

この流速計は、第４図および第５図（第５図は第４図の
Ｃ−Ｃ断面図）に示す如＜、（１００）シリコンウェハ
２０内に形成された貫通溝２１によっ〒・　　て枠体部
２２とダイヤフラム部２３と該枠体部２２とダイヤフラ
ム部２３との間をつなぐ起歪部２４とから構成され、該
起歪部２４内には、拡散抵抗２５が作り込まれ・ており
、流速による圧力を受けてダイヤフラムが変位するのに
伴い、前記起歪部が歪み、拡散抵抗２５の抵抗値がピエ
ゾ抵抗効果によって変化するのを検出することにより、
流速を測定しようとするものである。

上記流速計の形成に際しては、まず第６図（−）に示す
如く、加速度センサの場合と同様に、（１００）シリコ
ンウェハ２０を、水蒸気を満たした容器の中で８００〜
１２００℃に宗す如く、酸化シリコン膜２６金形成する
。（なお、製造工程を示す第６図（ａ）乃至第６図（ｇ
）は、第４図のＤ−Ｄ断面を示すものとする。） 次いで、該シリコンクエバ２０の表面に第１の７オトレ
ジスト２７を塗布した後、フォトマスク（図示せず）を
この表面に合わせて紫外線露光し現像（フォトリソエツ
チング）すること圧より第６図（ｂ）に示す如く、開口
Ｗｌを有する第１のレジストパターン２７を形成する。

そして、この第１のレジストパターン２７をマスクとし
て、酸化シリコン膜２６をフッ酸系の溶液でエツチング
し、拡散窓ＤＷを形成する。この拡散窓ＤＷ内に９？ロ
ン（Ｂ）　’ｒドープし、シリコンウェハ内に拡散抵抗
２５を第６図（Ｃ）に示す如く形成する。

このとき拡散抵抗面２５上には拡散時の熱によって酸化
シリコン膜が生成されている。

更に、第２のフォトレジスト２８を塗布し、同様にフォ
トリソエツチングを施し、貫通溝２．１の形成部に対応
する部分に開口Ｗｚｋ有するレジストノやターン２８を
形成し、これをマスクとしてフッ酸系の溶液でエツチン
グ１−１第６図（ｄ）に示す如く、酸化シリコンのパタ
ーン２６？：形成する。

この後、該酸化シリコンのパターンをマスクとして、シ
リコンウェハ２０を水酸化カリウム系の異方性エツチン
グ液を用いてシリコンウェハ２０をエツチングすること
により、第６図（、）に示す如く、マスクに忠実て溝Ｃ
が形成される。

そして更に、該シリコンウェハ２０の表面全体に第３の
レジストヲ塗布し、フォトリソエツチングにより、第６
図Ｃｆ）に示す如く、裏面側に、前記貫通溝２１の外側
の輪郭よりもやや大きい程度の開口Ｗ３を有する第３の
レジストパターン２９を形成する。そして、これをマス
クとして同様に、酸化シリコン膜２６をエツチングし、
酸化シリコン２６のマスクパターンを形成した後、水酸
化カリウム系の異方性エツチング液を用いてシリコンウ
ェハ２０を表面から形成した前記溝Ｃ（Ｃつながるまで
エツチングし、第６図Ｑ）に示す如く、肉薄のダイヤフ
ラム部２３および起歪部２４が形成される。そして、酸
化シリコン膜２６を除去することにより、第４図および
第５図に示されたような流速計が完成する。

このようにして形成された流速計は、異方性工、チング
を用いた成形加工工程全経ているため、寸法精度が良好
でかつ再現性が高いという利点を有している上、温度補
償回路等の信号処理回路を、同一のチップ（シリコンウ
ェハ）内に形成することができ、装置の小型化をはかる
ことが可能となる。

なお、実施例においては、（１００）シリコンウェハを
用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、適
宜選択すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、成形加工時
の寸法精度のばらつきによって、特性のばらつきが生じ
易い圧力センサの形成〈際し、シリコンウェハを異方性
エツチングによって成形するようにしているため、極め
て信頼性が高く、再現性の良い圧力センナの形成が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明実施例の方法によって形
成された加速度センサを示す図、第３図針）乃至（ｄ）
は同加速度センサの製造工程を示す図、第４図および第
５図は、本発明の他の実施例の方法によって形成された
流速計を示す図、第６図Ｃ）乃至第６図針）は同流速計
の製造工程を示す図、第７図および第８図は従来例の加
速度センサを示す図である。 １１１・・・シリコンウェハ、１１２・・・貫通孔、１
１３・・・枠体部、１１４・・・ダイヤフラム部、１１
５・・・起歪部、１・・・枠体部、２・・・ダイヤフラ
ム部、３・・・第１の起歪部、４・・・第２の起歪部、
Ｆ・・・貫性力、１０・・・・（１００）シリコンウェ
ハ、１１・・・酸化シリマン膜、１２・・・フォトレジ
スト、２０・・・（１００）シリコンウェハ、２１・・
・貫通溝、２２・・・枠体部、２３・・・ダイヤフラム
部、２４・・・起歪部、２５・・・拡散抵抗、２６・・
・酸化シリコン膜、２７・・・第１の７オトレジストノ
やターン、Ｗｌ・・・開口、２８・・・第２のフォトレ
ジストパターン、ツ・・・拡散窓、Ｗ、・・・開口、Ｗ
、・・・開口、２９・・・第３の７オトレジストノやタ
ーン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　枠体部と、圧力を受けて変位するように構成されたダ
   イヤフラム部と、該ダイヤフラム部の変位を受けて歪を
   生じる起歪部からなり、ピエゾ抵抗効果による該起歪部
   の抵抗変化を検出するようにした圧力センサの製造方法
   において、シリコンウェハを出発材料として使用し、異
   方性エッチング工程を含む成形工程を用いたことを特徴
   とする圧力センサの製造方法。