JPH01266364A - シールダイヤフラムとその製造方法 - 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、差圧／圧力伝送器などに用いられ測定流体と
内部の封入流体とを隔離するシールダイヤフラムとその
製造法に係り、特に測定圧力を精度良く伝達することの
出来るシールダイヤフラムとその製造方法に関する。

〈従来の技術〉 第３図は従来のシールダイヤフラムの要部の構成を示す
部分縦断面図である。

１０は周囲が円形の金属製の本体であり、その中央部に
は封入流体１１を流通させる貫通孔１２が穿設され、さ
らにその一方の面には波形のダイヤフラムネスト１３が
形成されている。

１４は円板状の金属製のシールダイヤフラムであり、そ
の面はダイヤフラムネスト１３と同一の波形に形成され
、このダイヤフラムネストの波形と一致するように所定
の間隔ｄを保って本体１０に固定されている。

この固定に当たっては、このシールダイヤフラム１４の
周縁はリング状のシールリング１５で押圧され、その外
周面Ａで溶接などにより本体１０の周縁に接合されてい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な従来のシールリングは金属製で
あるので大きく且つ重く、また材料自体の持つ特性から
塑性変形を起こして忠実に測定圧力を封入流体に伝達す
ることが出来ないという問題があり、またこのような金
属製のシールリングは波形のダイヤフラムネストと同一
の波形のシールダイヤフラムとしなければならない上に
、本体とシールダイヤフラムとの溶接についてもこの波
形同志がずれないように溶接する必要があるなどその製
造法も面倒である。

く課題を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、第１発明
については、一方の面に波形のバックアップネストが形
成されると共に圧力導入孔が貫通して開けられ所定の伝
導形式を持つシリコン基板と、バックアップネストの波
形と同一の波形がこのバックアップネストにその周囲を
除き所定の間隔で対向して形成され伝導形式とは逆の伝
導形式とされた高濃度のシリコン膜とを具備するように
してシールダイヤフラムを形成し、 さらに第２発明については、所定の伝導形式を持つシリ
コン基板の一方の面をエツチングして波形を形成し、こ
の後このシリコン基板の周囲を除き伝導形式とは逆の伝
導形式で一方の面に第１濃度を持つ第１シリコン膜を形
成し、次にこの第１シリコン膜の上にこの第１シリコン
膜と同じ伝導形式でその濃度より高い濃度を持つ第２ａ
度を持つ第２シリコン膜を形成し、さらにシリコン基板
をエツチングしてこれを貫通する圧力導入孔を形成した
後、第２シ、リコン膜とシリコン基板とに逆バイアスを
かけて電解エツチングをして第２シリコン膜を除去する
ことによりシールダイヤフラムを製造するようにしたも
のである。

く作　用〉 第１発明については、単結晶のシリコン膜に測定圧力が
印加されるとこの測定圧力に比例してこのシリコン膜が
塑性変形を伴なわずに忠実に変形して本体との間に設け
られた空間を変更する。これによって、この空間に封入
された封入流体に測定圧力を忠実に伝達することができ
る。

第２発明については、シリコン基板の一方の面に形成さ
れた波形の上に第１・第２シリコン膜を次々に形成し、
この後で第１シリコン膜を除去するようにして第２シリ
コン膜をシールダイヤフラムとして形成する。これによ
って、シリコン基板に形成された波形と同一の波形のシ
ールダイヤフラムがシリコン基板の波形とは所定の間隔
を保ってシリコン基板にその周囲を固定して一体的に同
時に既存の半導体プロセスで製造できる。

〈実施例〉 第１図は本発明の１実施例の製造工程を示す工程図であ
る。

第１図（イ）は波形の原型をなす段差を形成するエツチ
ング工程を示している。

１６は、例えば矩形状で伝導形がＮ形のシリコン基板で
あり、その一方の結晶面（１００）の表面１７にヒドラ
ジンなどで異方性エツチングをして波形の原型である段
差１８が形成される。

第１図（ロ）は第１図（イ）で加工されたシリコン基板
にＰ＋を形成する工程を示している。

シリコン基板１６の段差１８が形成された表面の外端の
周縁に酸化膜（Ｓｔ　０２　＞１９を形成し、この後に
選択エピタキシャル成長、或いは拡散などにより伝導形
がＰ形で第１濃度のＰ＋のシリコン［２０を形成する。

第１図（ハ）は第１図（ロ）で形成されたシリコン膜の
上にさらにエピタキシャル成長を形成させるエピタキシ
ャル成長工程を示す。

まず、第１図（ロ）で形成された酸化１１５１１９を除
去する。この後、シリコン基板１６の上に第１濃度より
高い濃度のＰ４−＋を持つ第２濃度のシリコン膜２１を
エピタキシャル成長させる。

第１図（ニ）は第１図（ハ）で加工されたシリコン基板
に異方性エツチングをする異方性エツチング工程を示す
。

まず、シリコン基板１６の裏側の表面２２を圧力導入孔
２３に対応する部分を開口した状態の５Ｌ３Ｎａなどの
マスク材２４でマスクをする。この後、異方性エツチン
グをして圧力導入孔２３を形成させる。

第１図（ホ）は第１図（ニ）で圧力導入孔が形成された
シリコン基板に電解エツチングをする電解エツチング工
程を示す。

まず、第１図（ニ）で加工されたシリコン基板１６のマ
スク材２４を除去し、この後、ヒドラジンなどの異方性
エツチング液２５が満たされた容器２６の中に浸種する
。そして、Ｐ＋１層であるシリコン膜２１とＮ形のシリ
コン基板１６とに逆バイアスの電圧Ｅを印加して、シリ
コン基板１６にエッチストップをかけながら異方性エツ
チング液２５の中でＰ＋層であるシリコン［２０を電解
エツチングする。このようにして、シリコン膜２０が除
去され段差１８に対応する波形を両面に持つ所定間隙の
空間２７が形成される。この場合、シリコン基板１６の
表面１７に形成された波形はバックアップネストとして
機能する。

以上のようにして、シリコン基板１６に形成された波形
と同一の波形のシールダイヤフラム２８がシリコン基板
の波形とは所定の間隔を保ってシリコン基板１６にその
周囲が固定されて一体的に同時に既存の半導体プロセス
で製造できる。

このようにして作られたシールダイヤフラムは、例えば
第２図に示すようにして半導体圧力センサの構成要素の
１つとして組み込まれる。

第２図において、２９は有底角筒のガラス製の本体であ
り、この底部３０にシリコン半導体の圧力検出部３１が
固定されている。この圧力検出部３１は例えばその中央
部に凹部が形成されてその周囲の固定部で本体２９に気
密を保って固定され、凹部の反対の表面には例えばピエ
ゾ抵抗素子などが拡散により形成されている。この圧力
検出部３１の外部とシールダイヤフラム２８の内部には
シリコンなどの封入流体３２が封入されている。

なお、シールダイヤフラム２８とガラス製の本体２９は
例えば陽極接合などの接合法により気密に接合される。

以上のようにして形成された半導体圧力センサ３３は、
測定圧力Ｐがシールダイヤプラム２８に印加されると、
これに対応してシリコン膜２ｏが弾性的に変形し、これ
に伴ない封入流体３２が移動して内圧を上昇させこの内
圧が圧力検出部３１に作用して、例えばピエゾ抵抗素子
などの感圧素子の出力を変化させる。したがって、この
感圧素子の出力から逆に測定圧力を正確に知ることがで
きる。

なお、シリコン膜２０の波形の形状とシリコン基板１６
の波形の形状とが全く同一であるので、過大な測定圧力
Ｐが入力されてシリコン８２０がシリコン基板１６に当
たってもシリコン１１！２０が破損することはない。

また、この波形の寸法、個数に制限はなく、シリコンの
伝導形・濃度は第１図に示す伝導形・濃度と異なった層
で形成しても良い０例えば、Ｐ＋ではなく、Ｐであって
も良い、シリコンの面方位も制限がない。

さらに、シリコン［２１の上に金などの保護膜を付けれ
ば耐食性の高いシールダイヤフラムが出来る。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように、第１発明
によれば、シールダイヤフラムをシリコンの単結晶で構
成するので、塑性変形のない理想的な弾性力が得られ、
しかもバックアップネストを持つ構造のなめ過大な印加
圧力に対して強い。

さらに、第２発明によれば、既存の半導体プロセスを用
いてシリコンの微細加工の製造ができるので安価で且つ
容易に超小形のシールダイヤプラムが大量に製造できる
。また、シリコン基板に形成された波形と同一の波形の
シールダイヤプラムがシリコン基板の波形とは所定の間
隔を保ってシリコン基板にその周囲を固定して一体的に
同時に既存の半導体プロセスで安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の製造工程を示す工程図、第
２図は第１図で製造されたシールダイヤフラムを半導体
圧力センサの中に組み込んだときの構成を示す縦断面図
、第３図は従来のシールダイヤフラムの構成を示す要部
断面図である。 １０・・・本体、１１・・・封入流体、１２・・・貫通
孔、１３・・・ダイヤフラムネスト、１４・・・シール
ダイヤフラム、１５・・・シールリング、１６・・・シ
リコン基板、１８・・・段差、１９・・・酸化膜、２０
．２１・・・シリコン膜、２３・・・圧力導入孔、２４
・・・マスク材、２８・・・シールダイヤフラム、２９
・・・本体、３１・・・圧力検出部、３２・・・封入流
体、３３・・・半導体圧力センサ。 第２図 第３図 マ　　　　　　　　　　　Ｏ／

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の面に波形のバックアップネストが形成され
   ると共に圧力導入孔が貫通して開けられ所定の伝導形式
   を持つシリコン基板と、前記バックアップネストの波形
   と同一の波形がこのバックアップネストにその周囲を除
   き所定の間隔で対向して形成され前記伝導形式とは逆の
   伝導形式とされた高濃度のシリコン膜とを具備すること
   を特徴とするシールダイヤフラム。
2. （２）所定の伝導形式を持つシリコン基板の一方の面を
   エッチングして波形を形成し、この後このシリコン基板
   の周囲を除き前記伝導形式とは逆の伝導形式で前記一方
   の面に第１濃度を持つ第１シリコン膜を形成し、次にこ
   の第１シリコン膜の上にこの第１シリコン膜と同じ伝導
   形式でその濃度より高い濃度を持つ第２濃度を持つ第２
   シリコン膜を形成し、さらに前記シリコン基板をエッチ
   ングしてこれを貫通する圧力導入孔を形成した後、前記
   第２シリコン膜と前記シリコン基板とに逆バイアスをか
   けて電解エッチングをして前記第２シリコン膜を除去す
   ることによりシールダイヤフラムを製造するダイヤフラ
   ムの製造方法。