JPH03202740A - 半導体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］ 本発明は半導体圧力センサの製造方法、特に薄膜形成技
術を用い半導体基板表面にダイアフラムを形成する半導
体圧力センサの製造方法の改良に関する。

［従来の技術］ 第１２図には、従来の製造方法により形成された半導体
圧力センサが示されている。

この半導体圧力センサは、半導体基板１０の主表面の受
圧領域に、所定の平面形状をした等方性エツチング特性
を有する消失膜１２が被覆形成されている。そして、前
記半導体基板１０の主表面には、その全域にわたり前記
消失膜１２を覆うよう耐エツチング材料からなる絶縁性
ダイアフラム膜１４が被覆形成されており、このダイア
フラム膜１４の受圧領域の所定位置に少なくとも１個の
歪みゲージ１６が設けられている。そして、前記ダイア
フラム膜１４および歪みゲージ１６は、更に耐エツチン
グ特性を有する材料からなる絶縁性保護膜１８より被覆
形成され、この絶縁性保護膜１８には前記歪みゲージ１
６の両端に位置して接続孔２０が形成されている。この
接続孔２０を介し、前記歪みゲージ１６の両端には、複
数の電極２２が接続されている。

そして、この半導体圧力センサの受圧領域所定位置には
、前記絶縁性保護膜１８．ダイアフラム膜１４を貫通し
て消失膜１２に到達する少なくとも１個のエツチング液
注入口２４が開口形成されており、このエツチング液注
入口２４を介して、基板１０の一部と消失膜１２の全て
がエツチング除去される。これにより、基板１０とダイ
アフラム膜１４とにより囲まれた圧力基準室２６が形成
されている。

この圧力センサを、絶対圧測定タイプのセンサとして用
いる場合には、圧力基準室２６を真空状態に保ったまま
、全てのエツチング液注入口２４を封止部材２４ａによ
り密封する。

以上の構成とすることにより、圧力基準室２６の上面側
に位置するダイアフラム膜１４が可動ダイアフラム１４
ａとして機能する。

そして、この圧力センサに圧力が印加されると、前記可
動ダイアフラム１４ａは印加された圧力に比例して撓み
、この撓みによって受圧領域に設けられた歪みゲージ１
６の抵抗が変化する。従って、の歪みゲージ１６の検出
信号を電極２２を介して取り出すことにより、可動ダイ
アフラム１４ａの表面側に印加される絶対圧力を測定す
ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この従来技術は、以下に詳述するような解決す
べき課題を有している。

（ａ）従来の圧力センサ技術では、多結晶シリコンから
なる消失膜１２を所定形状に加工した後、前記消失膜１
２を覆うよう、耐エツチング特性を有する窒化シリコン
からなるダイアフラム膜１４を基板１０上に被覆形成し
ている。

このため、可動ダイアフラム１４の周辺部は、図中−点
鎖線で囲むような段差構造Ａを介して基板１０に支持さ
れる。従って、可動ダイアフラム１４ａの上面から圧力
を印加した場合に、ダイアフラムの支持強度が弱く、し
かも支持状態が変化することになり、歪みゲージ１６の
測定精度が低下するおそれがあるという問題があった。

特に、この従来技術では、半導体圧力センサを繰返し使
用した場合に、可動ダイアフラム１４ａの段差構造Ａの
部分が疲労し易く、長期間にわたって正確な圧力測定を
行うことが難しいという問題があった。

（ｂ）また、第１２図に示す従来の圧力センサ技術では
、基板１０の一部と消失膜１２とをエツチング除去し圧
力基準室２６を形成した。

これに対し、本発明者は、基板１０をエツチング除去せ
ずに、消失膜１２のみをエツチング除去して圧力基準室
２６を形成することについての検討を行った。この結果
、半導体基板１０の表面に図中−点鎖線で示すよう、耐
エツチング材料からなる絶縁膜２８を被覆形成し、この
上から消失膜１２、ダイアフラム膜１４などを順次積層
すればよいことを見出した。

しかし、例えばシリコン等から形成された半導体基板１
０上に、ダイアフラム膜１４として減圧ＣＶＤで窒化シ
リコン膜を形成すると、この窒化シリコン膜と、シリコ
ン基板１０との間に、熱膨張係数の差等に起因して引っ
張りの内部応力が発生する。この場合に、窒化シリコン
膜１４と半導体基板１０との間の消失膜１４をエツチン
グ除去し、圧力基準室２６を形成すると、可動ダイアフ
ラム１４ａの周辺の段差部Ａにおいて、曲げモーメント
が発生し、可動ダイアフラム１４ａは半導体基板１０側
に変形してしまう。

従って、消失膜１２のみをエツチング除去して圧力基準
室２６を形成した場合には、消失膜１２および可動ダイ
アフラム１４ａの厚みにもよるが、可動ダイアフラム１
４ａが前記曲げモーメントにより基板側に変形して絶縁
膜２８に接触してしまい、圧力センサとして機能しない
という問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑み成されたもので
あり、その目的は、可動ダイアフラムの周縁を段差のな
いフラットな形状とすることにより、良好な特性を有す
る半導体圧力センサの製造方法を得ることにある。

［課題を解決するための手段および作用］前記目的を達
成するため、本発明にかかる半導体圧力センサの製造方
法は、 半導体基板の主表面上に等方性エツチング特性を有する
犠牲膜を被覆形成する犠牲膜形成工程と、前記犠牲膜の
受圧領域の周辺部を耐エツチング特性を有するよう処理
することにより、犠牲膜の受圧領域を消失部として形成
し、その周囲をダイアフラム固定部として形成する犠牲
膜処理工程と、前記犠牲膜を覆うよう耐エツチング材料
からなる絶縁性ダイアフラム膜を前記半導体基板の主表
面上に被覆形成するダイアフラム膜形成工程と、前記絶
縁性ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に少なくとも１
個の歪みゲージを形成する歪みゲージ形成工程と、前記
絶縁性ダイアフラム膜を貫通して前記犠牲膜の消失部に
到達するよう少なくとも１個のエツチング液注入口を形
成する注入口形成工程と、 前記エツチング液注入口を介して異方性エツチング液を
注入し、少なくとも前記犠牲膜の消失部をエツチング除
去し、所定形状をした圧力基準室とこれを覆う可動ダイ
アフラムとを形成する基準室形成工程と、 を含み、全処理工程を歪みゲージの設けられる半導体基
板の主表面側で行い、絶縁性ダイアフラム膜の可動ダイ
アフラム部とその周囲とをフラットに形成したことを特
徴とする。

以下に、本発明の製造方法をさらに具体的に説明する。

第１図には、本発明の方法を用いて製造される半導体圧
力センサの基本的な構造を表す平面説明図が示されてお
り、第２図には、その断面説明図が示されている。

本発明の方法によれば、第２図に示すよう、まず半導体
基板４０の主表面全域に等方性エツチング特性を有する
犠牲膜４２を被覆形成する。なお、第６図に示すタイプ
の半導体圧力センサを形成する場合には、まず半導体基
板４０の主表面上に耐エツチング材料からなる絶縁膜６
４を被覆しておき、この絶縁膜６４上に犠牲膜４２を被
覆形成する。

次に、この犠牲膜４２の受圧領域の周辺を、耐エツチン
グ特性を有するよう処理することにより、犠牲膜４２の
受圧領域を等方性エツチング特性を有する消失部４４と
して形成し、その周囲を耐エツチング特性を有するダイ
アフラム固定部４６として形成する。

このような犠牲膜４２に対する処理は、必要に応じて各
種の方法により行うことができる。例えば、犠牲膜４２
が等方性エツチング特性を有する多結晶シリコン膜とし
て形成されている場合には、受圧領域以外の箇所に不純
物として、例えばボロン、リンまたは窒素のいずれかを
耐エツチング特性を有するよう添加、拡散してやればよ
い。これにより、不純物を添加した領域は、耐エツチン
グ特性を有するダイアフラム固定部４６として形成され
、不純物を添加しない領域は等方性エツチング特性を有
する消失部４４として形成されることになる。

このようにして、犠牲膜４２を被覆形成した後、次にこ
の犠牲膜４２上に耐エツチング材料からなる絶縁性ダイ
アフラム膜４８を被覆形成する。このとき、前記ダイヤ
フラム膜は、犠牲膜４２の全面にわたりフラットに形成
され、従来のように受圧領域の周囲に段差構造をもたな
い。

そして、このダイアフラム膜４８の受圧領域所定位置に
、少なくとも１個の歪みゲージ５０を設け、さらにこの
歪みゲージ５０およびダイアフラム膜４８上に耐エツチ
ング材料からなる絶縁性保護膜５２を被覆形成する。

このようにして、犠牲膜４２．ダイアフラム膜４８およ
び絶縁性保護膜５２を被覆形成した後、受圧領域所定位
置にて、これら絶縁性保護膜５２゜ダイアフラム膜４８
を貫通して消失部４４に到達する少なくとも１個のエツ
チング液注入口５８を形成する。

本発明の特徴は、このように形成されたエツチング岐注
入口５８を介して異方性エツチング液を注入することに
より、犠牲膜４２の消失部４４の全てをエツチング除去
し、圧力基準室６０および周囲Ａがフラットな可動ダイ
アフラム１００を形成することにある。

ここにおいて、第２図に示すタイプの半導体圧力センサ
では、前記異方性エツチング液を注入することにより、
消失部４０の全ておよび半導体基板４０の一部がエツチ
ング除去され、圧力基準室６０および可動ダイアフラム
１００が形成される。

また、第６図に示すタイプの半導体圧力センサでは、絶
縁膜６４の働きにより基板４０が工・ソチングされず、
犠牲膜４２の消失部４４のみが工・ソチング除去され、
圧力基準室６０および可動ダイアフラム１００が形成さ
れることになる。

以下に、第１図、第２図に示すタイプの半導体圧力セン
サを例にとりそのエツチング工程を詳細に説明する。

第１０図には、各部材の工・ソチング特性が示されてお
り、特性曲線Ａは、犠牲膜４２の消失部４４として多結
晶シリコン膜を用いた場合の横方向エツチング特性を表
し、特性曲線Ｂは、半導体基板４０として単結晶シリコ
ン基板を用いた場合の縦方向エツチング特性を表し、特
性曲線Ｃは、犠牲膜４２のダイアフラム固定部４６とし
て多結晶シリコン膜にボロンをイオン注入あるいは拡散
した場合の横方向エツチング特性を表している。

また、第１１図は、エツチング液注入口５８を介して異
方性エツチング液を注入した際におけるエツチングの進
行状態を表し、（ａ）は異方性エツチング前の状態を表
し、（ｂ）はエツチング開始初期の状態を表し、（ｃ）
はエツチングが進んだ中間状態を表し、（ｄ）はエツチ
ング終了状態をそれぞれ表している。

まず、エツチング液注入口５８から異方性エツチングｌ
夜を注入すると、消失部４４は第１１図（ａ）に示す状
態から（ｂ）、（Ｃ）に示す状態へと等方性のエツチン
グが進行していく。そして、消失部４４はその中央部か
ら順に消失して開口部を拡げていき、この開口面積は、
第１０図に示す特性曲線Ａに従い時間と共に横方向に拡
がっていく　。

また、消失部４４の消失により露出した単結晶シリコン
基板４０では、消失部４４の開口面積に従って異方性エ
ツチングが進行し、第１０図に示す特性曲線Ｂに従って
縦方向にエツチングが行われる。

ここにおいて、仮に消失部４４の開口面積が一定である
とすると、単結晶シリコン基板４０のエツチング深さは
、（１１１）面が左右の傾斜面と交差した深さで停止し
てしまうが、本発明においては消失部４４の開口面積が
時間と共に連続的に拡大するため、これに追従して第１
１図（Ｃ）に示すごとく、多結晶シリコン基板４０の縦
方向に向けたエツチングも進行することになる。

そして、第１１図（ｄ）に示すごとく、消失部４４が全
てエツチング除去されると、横方向へ向けたエツチング
特性は、第１０図に示す消失部４４の特性曲線Ａから、
犠牲膜４２のダイアフラム固定部４６の特性曲線Ｃへと
切り替わり、これにより横方向へ向けたエツチング速度
は数十分の−に低下する。

これにより、第１１図（ｄ）に示す状態に工・ノチング
が到達すると、横方向へ向けた開口面積はほとんど拡が
らず、単結晶シリコン基板４ｏのエツジング深さは同図
に示すようその傾斜面が（１１１）面で交差した深さで
ほとんど停止してしまう。

すなわち、本発明においては、犠牲膜４６の消失部４４
の形状により圧力基準室６ｏの加工寸法が決定され、こ
れ以上エツチングを続けてもこの形状がほとんど変化す
ることがない。

ところで、上述した説明では、半導体基板４゜の深さ方
向のエツチングがほとんど停止するまでエツチングを続
けた場合を例にとり説明したが、本発明において圧力基
準室６ｏの空洞形状は本質的に重要ではなく、可動ダイ
アフラム１００が圧力によって撓むとき、その撓みを阻
止することかない十分な空隙が得られればよい。従って
、例えば第６図に示すよう、半導体基板４ｏと犠牲膜４
２との間に耐エツチング特性を有する絶縁膜６４を被覆
し、半導体基板４０が全くエツチングされないように形
成しておき、前記圧力基準室６０を消失部４４のみをエ
ツチング除去することにより形成しても、これにより十
分な空間が得られれば何ら本発明の効果は変わることは
ない。

このようにして、本発明によれば、基板４０とダイアフ
ラム膜４８との間に、消失部４４の寸法にしたがった大
きさの圧力基準室６０を形成することが可能となる。こ
のとき、本発明によれば圧力基準室６０の上面側に位置
するダイアフラム膜４８は、耐エツチング性の材料を用
いて形成されるため、はとんどエツチング除去されるこ
とがない。この結果、ダイアフラム膜４８と絶縁性保護
膜５２との積層膜は、圧力基準室６０に対する可動ダイ
アフラム１００として機能することになる。

ここにおいて、本発明の方法によれば、ダイアフラム膜
４８の可動ダイアフラム１００として機能する部分と、
その周囲に位置しダイアフラム固定部４６に支持固定さ
れる部分とがフラットに形成され、段差を有しない構造
とすることができる。

これにより、可動ダイアフラム１００は、その周囲がダ
イアフラム固定部４６により十分な強度をもって安定に
支持固定される。

したがって、圧力を印加した場合に、従来のように、可
動ダイアフラム１００の支持状態の変化に起因する出力
特性の精度の低下といった問題が発生せず、長期間にわ
たり安定した圧力測定を行うことが可能となる。

これに加えて、本発明によれば、前述したように、引っ
張りの内部応力に起因する可動ダイアフラム１００の初
期撓みが発生しない。このため、圧力基準室６０を第６
図に示すように形成した場合でも、可動ダイアフラム１
００が初期撓みにより絶縁膜６４に接触するというよう
なことがなく、第６図に示すタイプの半導体圧力センサ
であっても、良好な圧力測定を行うことが可能となる。

さらに、本発明によれば、可動ダイアフラム１００の膜
厚は、ダイアフラム膜４８と絶縁性保護膜５２との双方
の膜厚を合計した値となるため、周知の薄膜形成技術を
用い、ダイアフラム１００の膜厚を予め設定した所望の
値に薄くかつ精度よく形成することが可能となる。

また、本発明の方法によれば、このようにして圧力基準
室６０および可動ダイアフラム１００を形成した後、必
要に応じこの圧力基準室６０を形成する際に設けられた
エツチング液注入口５８を封止部材６０に用いて密封す
る。このとき、本発明のセンサを絶対圧測定型として形
成する場合には、圧力基準室６０内を真空に保ったまま
封止部材６２を用いてエツチング液注入口５８を密封す
る。またこれとは逆に、差圧測定型のセンサとして用い
る場合には、エツチング液注入口５８に圧力基準室６０
へ向は第２の圧力を導入する圧力導入手段を設ければよ
い。

また、本発明においては、歪みゲージ５４の表面を絶縁
性保護膜５２により被覆しているため、この歪みゲージ
５０から信号を取り出す電極を設ける必要がある。この
ため、絶縁性保護膜５２の歪みゲージの両端位置に接続
孔５４を形成し、この接続孔５４を介し歪みゲージ５０
に接続される電極５６を形成する。これにより、歪みゲ
ージ５０の抵抗変化を電極５６を介して検出することが
可能となる。

本発明の方法により形成された半導体圧力センサは以上
の構成からなり、次にこのセンサを用い絶対圧を測定す
る場合と差圧を測定する場合を説明する。

なお、本発明の半導体圧力センサでは、圧力基準室６０
の上面側に位置するダイアフラム膜４８か可動ダイアフ
ラム１００として機能するが、このダイアフラム膜４８
以外に前述したように絶縁性保護膜５２を設けた場合に
は、このダイアフラム膜４８と絶縁性保護膜５２からな
る積層膜が可動ダイアフラム１００として機能すること
になる。

まず、本発明の圧力センサを、絶対圧測定タイプのセン
サとして用いる場合には、圧力基準室６０を真空状態に
保ったまま、全てのエツチング戚注入口５８を封止部材
６２により密封する。これにより、圧力が印加されると
可動ダイアフラム１００は印加された絶対圧力に比例し
て撓み、この撓みによって、受圧領域に設けられた歪み
ゲージ５０の抵抗が変化する。

例えば、ダイアフラム１Ｍ１４８の受圧領域中央に一組
の歪みゲージ５０−２．５０−４を配置し、また受圧領
域の周縁に他の一組の歪みゲージ５０−１．５０−３を
配置すると、これら各組の歪みゲージに加わる歪みは一
方が圧縮力、他方が伸張力となり、この結果−組の歪み
ゲージの抵抗が増加する場合には、他の一組の歪みゲー
ジの抵抗が減少することになる。

従って、これら２組の歪みゲージ５０−１゜５０−２．
５０−３．５０−４を、抵抗変化が加算されるよう電極
５６−１．５６−２．５６−３゜５６−４を介してブリ
ッジ接続し、対向する一対の電極に電源を接続すれば、
他の一対の電極からは可動ダイアフラム１００に加わる
絶対圧力に比例した電圧を出力することができる。

このとき、本発明の可動ダイアフラム１００は、その周
縁部Ａに位置するダイアフラム固定部４６との固定部分
が段差構造をもたないフラットな形状となっており、こ
れによりダイアフラム固定部４６により十分な強度をも
って支持固定されることとなる。従って、可動ダイアフ
ラム１００の表面に繰り返し圧力が印加された場合でも
、従来のように可動ダイアフラム１００の周縁部が疲労
することが少なく、長期間使用した場合でも歪みゲージ
５０から印加圧力に対応した電気信号が出力されること
になる。このため、長期間に渡って精度のよい圧力測定
が可能となる。

また、本発明の半導体圧力センサを、差圧測定用のセン
サとして使用する場合には、例えば第３図、第４図に示
すように、可動ダイアフラム１００を長方形状に形成し
、この可動ダイアフラム１００を長手方向に二等分する
。そして、その一方の領域に少なくとも１個の歪みゲー
ジ５０を配置し、他方の領域にエツチング液注入口５８
を配置し、このエツチング液注入口５８に比較する圧力
Ｐ２を導入する圧力導入手段を設ければよい。

また、これ以外にも、本発明の半導体圧力センサを、差
圧測定型のセンサとして使用する場合には、エツチング
液注入口５８を複数個設け、その一部を封止部材６０を
用いて密封し、残りを開口するよう形成する。そして、
開口されたエツチング液注入口５８に圧力基準室６０に
向け、比較する圧力Ｐ２を導入する圧力導入手段を設け
ればよい。

これにより、可動ダイアフラム１００の表面側および裏
面側に印加される圧力の差圧を、前記絶対圧タイプのセ
ンサと同様に歪みゲージ５０の抵抗変化として正確に測
定することが可能となる。

従来例との比較 次に、本発明の方法により形成された半導体圧力センサ
の特徴を、従来例と比較して具体的に説明する。

本発明によれば、ダイアフラム膜４８および絶縁性保護
膜５２を、消失部４４およびダイアフラム固定部４６を
含むフラットな犠牲膜４２上に形成している。従って、
エツチング液注入口５８からエツチング液を注入し、消
失部４４をエツチング除去し可動ダイアフラム１００を
形成した場合に、この可動ダイアフラム１００を構成す
るダイアフラム膜４８は、犠牲膜４２のダイアフラム固
窓部４６で固定されたフラットな形状となり、受圧領域
の周囲が段差構造をもった従来の半導体圧力センサとは
その構造が明らかに相違する。

このように、本発明の半導体圧力センサでは、可動ダイ
アフラム１００を構成するダイアフラム膜４８が、段差
構造を有することなく、フラットなままで支持固定され
るため、ダイアフラム１００の支持状態が安定化し、そ
の出力特性の精度が長期間安定することが理解される。

これに加えて、本発明の可動ダイアフラム１００は引っ
張りの内部応力による初期撓みがない。これにより、第
６図に示すタイプの半導体圧力センサであっても、良好
な圧力測定を行うことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の製造方法によれば、ダイ
アフラム膜をフラットに形成し、可動ダイアフラムの周
囲部分に段差構造をなくすことができるため、長期間に
わたって高精度の圧力測定を行うことができ、しかも可
動ダイアフラムの引っ張りの内部応力に起因する初期撓
みを防止し、高精度な測定が可能な半導体圧力センサを
得ることが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１実施例 第１図、第２図には、本発明の半導体圧力センサの好適
な第１実施例が示されている。

実施例の半導体圧力センサにおいて、半導体基板４０は
、単結晶シリコン基板を用いて形成されており、この単
結晶シリコン基板４０の主表面全域に犠牲８４２が被覆
形成されている。

実施例において、この犠牲膜４２は、単結晶シリコン基
板４０の主表面全域に、多結晶シリコンを減圧ＣＶＤを
用い膜厚２００ｎｍに被覆して形成される。そして、こ
の犠牲膜４２のダイアフラム固定部４６に相当する領域
に、不純物としてボロンを熱拡散あるいはイオン注入法
を用いて耐エツチング特性を有するよう添加、拡散して
、不純物濃度を１×１０２°ｃＩ１１−’のＰ＋型半導
体領域を形成する。これにより、この不純物を添加、拡
散した領域は耐エツチング特性を有するダイアフラム固
定部４６として機能し、不純物を添加しない受圧領域は
、多結晶シリコンからなる等方性エツチング特性を有す
る消失部４４として機能する。

このようにして、単結晶シリコン基板４ｏの主表面に犠
牲膜４２が被覆形成されると、次にこの主表面上には、
その全域にわたり、ダイアフラム膜４８として窒化シリ
コンが膜厚１００ｎｓに被覆形成される。

そして、このダイアフラム膜４８の表面所定位置には、
歪みゲージ５０−１．５０−２．５０−３．５０−４が
設けられており、実施例においてこの歪みゲージ５ｏは
、ダイアフラム膜４８の表面に減圧ＣＶＤで多結晶シリ
コンを膜厚２０Ｏｎ讃に被覆し、更にこの多結晶シリコ
ンに不純物としてボロンを熱拡散あるいはイオン注入法
を用いて添加、拡散してＰ型半導体を形成し、その後こ
れをフォトエツチングによって部分的に除去することに
より形成される。

更に、この歪みゲージ５０およびダイアフラム膜４８の
全表面上には、減圧ＣＶＤを用い、絶縁性保護膜５２と
して窒化シリコンが３００ｎ園の膜厚に被覆形成される
。

このようにして、基板４０の主表面側に消失部４４、ダ
イアフラム膜４８および絶縁性保護膜５２が被覆形成さ
れると、次に受圧領域の所定位置において、前記絶縁性
保護膜５２、ダイアフラム膜４８を貫通して消失部４４
に到達する直径５μｍのエツチング液注入口５８がフォ
トエツチングを用い開口形成され、このエツチング液注
入口５８を介して基板４０へ向は異方性エツチング液が
注入される。

実施例においては、前記異方性エツチング液として１０
ωｔ％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液が用いられて
おり、前記エツチング液注入口５８からこのエツチング
液を注入すると注入口５８を中心としてエツチングが進
行する。

すなわち、エツチング液注入口５８からエッチング岐を
注入すると、第１１図（ｂ）、（ｃ）に示すごとく消失
部４４は所定速度で横方向にエツチング除去され、これ
と同時にシリコン基板４０は同図に示すごとく縦方向に
所定深さまでエツチング除去され、圧力基準室６０とな
る空洞が形成される。

このとき、圧力基準室６０の上面側に位置するダイアフ
ラム膜４８及び絶縁性保護膜５２は、耐エツチング材料
、すなわち窒化シリコンを用いて形成されているため、
はとんどエツチング除去されることがない。従ってダイ
アフラム膜４８と絶縁性保護膜５２からなる積層膜の受
圧領域、すなわち消失部４４の設けられた領域が、圧力
基準室６０に対する可動ダイアフラム１００として機能
することになる。

特に、本発明によれば、ダイアフラム膜４８が段差部分
の無いフラット形状に形成されている。

従って、可動ダイアフラム１００のダイアフラム固定部
４６への支持は、安定にかつ充分な強度を持って行われ
ることとなる。

なお、ここにおいて、各歪みゲージ５０はダイアフラム
膜４８と絶縁性保護膜５２とによりサンドイッチ状に被
覆されているため、前記エツチング液より何等影響を受
けることがない。

本実施例においては、このようにして圧力基準室６０お
よび可動ダイアフラム１００が形成されると、次に真空
蒸着あるいはスパッタリングにより金属あるいは絶縁物
が、絶縁性保護膜５２上にエツチング液注入口５８を密
封封止できる程度の厚さに堆積される。そして、その後
フォトエツチングで不要部分が除去され封止部材６２が
形成される。

このようにすることにより、圧力基準室６０はその内部
が真空状態に保たれたまま密封封止されることになる。

その後、絶縁性保護膜５２の歪みゲージ両端位置をフォ
トエツチングにより除去して接続孔５４を形成し、ここ
にアルミニウム蒸着膜を被覆しこれをフォトエツチング
により適当な形状にすることにより電極５６を形成する
。

以上の構成とすることにより、本実施例の半導体圧力セ
ンサは、ダイアフラム１００の表面側より印加された絶
対圧力を歪みゲージ５０の抵抗変化として検出し、電極
５６を介して絶対圧力に比例した信号を得ることができ
る。

本実施例においては、ダイアフラム１００の直径及び膜
厚をそれぞれ５０μｍ、０．５μｍ程度まで精度良く小
さく形成することができ、しかも１００ＫＰａの圧力に
対して２　ｍ　Ｖ　／　Ｖ以上の優れた出力感度を有す
ることが実験により確認された。

更に、本誌実施例のセンサにおいて、５００ＫＰａまで
の絶対圧力に対する非直線性は±０．５％Ｆ、Ｓ、以下
と優れた直線性を有することが実験により確認された。

このことから、この第１実施例によれば、ダイアフラム
の支持固定を充分な強度で安定に行い、小型でかつ高感
度の半導体圧力センサを実現可能であることが理解でき
る。

第２実施例 次に本発明の好適な第２実施例を、差圧測定型のセンサ
を例に取り説明する。なお、前記第１実施例と対応する
部材には同一符号を付しその説明は省略する。

第３図には第２実施例のセンサを示す平面説明図が示さ
れており、第４図にはその断面の概略説明図が示されて
いる。

実施例のセンサは、単結晶シリコン基板４０の表面に長
方形状をした多結晶シリコンを犠牲膜４２として被覆形
成し、この犠牲膜４２の受圧領域を消失部４４、その周
囲をダイアフラム固定部４６として形成する。その後、
前記第１実施例と同様に、ダイアフラム膜４８．歪みゲ
ージ５０゜絶縁性保護膜５２及びエツチング液注入口５
８を設ける。

ここにおいて、エツチング液注入口５８から、水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）水溶液から成る異方性エツチング液を
注入すると、第３図及び第４図に示すごとく、消失部４
４の形状に従い長方形状をした空洞から生る圧力基準室
６０と可動ダイアフラム１００が形成される。

本実施例の特徴的事項は、長方形ダイアフラム１００の
片側領域に歪みゲージ５０を形成し、他方の片側領域に
エツチング液注入口５８を形成したことにある。そして
、この可動ダイアフラム１００の他方の片側領域に、前
記エツチング液注入口５８へ連通する圧力導入キャップ
６６を設け、圧力基準室６０内へ第２の圧力を印加する
。

このようにすることにより、本実施例の半導体圧力セン
サによれば、ダイアフラム１００の表面及び裏面に第１
の圧力Ｐ１及び第２の圧力Ｐ２が印加され、可動ダイア
フラム１００には両者の差圧に比例した歪みが発生し、
この結果歪みゲージ５０からはこの差圧に比例した電気
信号を得ることが可能となる。

なお、第３図及び第４図においては、理解を容易にする
ために、絶縁性保護膜５２、接続孔５４及び電極５６の
説明は省略しであるが、これら各部材は前記第１実施例
と同様に本実施例においても設けられている。

第３実施例 次に、本発明の好適な第３実施例を図面に基づき説明す
る。

第５図には、この第３実施例に係る半導体圧力センサの
平面外観図が示されており、第６図にはそのＶｌ−Ｖｌ
断面の概略図が示されている。なお、前記各実施例と対
応する部材には、同一符号を付し、その説明は省略する
。

本実施例の半導体圧力センサにおいて、半導体基板４０
は、単結晶シリコン基板を用いて形成されており、この
基板４０の主表面全域には、消失部４４及びダイアフラ
ム固定部４６を含む犠牲膜４２が被覆形成されている。

本実施例の特徴的事項は、この犠牲膜４２を次の手順に
従って被覆形成したことにある。

すなわち、まず基板４０の主表面全域に、窒化シリコン
（Ｓｉ３Ｎ４）からなる絶縁膜６４を減圧ＣＶＤを用い
厚さ１００ｎｓに被覆形成し、次に、この絶縁膜６４上
に犠牲膜４２を減圧ＣＶＤを用い厚さ２００ｎ−に被覆
形成する。そして、この犠牲膜４２のダイアフラム固定
部４６に相当する領域を、前記第１実施例と同様に耐エ
ツチング特性を有するように処理し、ダイアフラム固定
部４６及び消失部４４を形成する。

実施例において、この消失部４４の形状は正方形状に形
成されており、しかも、正方形の４つの角には、その外
側に向けそれぞれ突出した領域６８を有するように形成
されている。

また、この犠牲膜４２上には、その全域にダイアフラム
膜４８として窒化シリコンが減圧ＣＶＤを用い膜厚１１
００ｎに被覆形成されている。

そして、このダイアフラム膜４８の受圧領域所定位置に
は、前記第１実施例と同様に歪みゲージ５０−１．５０
−２．５０−３．５０−４が減圧ＣＶＤ及びフォトエツ
チングを用いて形成され、更にこれら歪みゲージ５０及
びダイアフラム膜４８の全表面上には、絶縁性保護膜５
２として窒化シリコンが減圧ＣＶＤを用いて膜厚３００
ｎ−に被覆形成されている。

そして、第５図に示すごとく、４か所の突出領域６８に
は、絶縁性保護膜５２．ダイアフラム４８を貫通し、犠
牲膜４２の消失部４４に到達する４個のエツチング液注
入口５８が開口形成され、このエツチング液注入口５８
を介してエツチング液が注入される。

このようにすることにより、本実施例においては、消失
部４４のみがエツチング除去され、圧力基準室６０と可
動ダイアフラム１００が形成される。

その後、絶縁性保護膜５２の歪みゲージ両端位置に接続
孔を設け、この接続孔５４を介して電極５６を形成する
。

その後、絶縁性保護膜５２の表面全域に、プラスマＣＶ
Ｄを用い窒化シリコン７０を１μｍの膜厚に被覆形成す
る。

このようにすることにより、この窒化シリコン７０は、
各エツチング液注入口５８の封止部材６２として機能し
、更にセンサ表面のパッシベーションを兼ねることにな
る。

本実施例においては、正方形状をした可動ダイアフラム
１００の一辺の寸法を８０μｍ、膜厚を１．４μｍ程度
まで小型化することができ、更に１００ＫＰａの圧力に
対し、３ｍＶ／Ｖ以上の優れた出力感度を有することが
実験により確認された。

また、上述した形状の可動ダイアフラム１００のたわみ
は、１００ＫＰａの圧力に対し、６０ｎｍ程度である。

これに対し、実施例の可動ダイアフラム１００と基板４
ｏの主表面全域に形成した絶縁膜６４との間隔は２０Ｏ
ｎ園であることから、２００ＫＰａまでの絶対圧力は、
十分に測定することができ、更にこの圧力範囲における
非直線性は、０，３％Ｆ、Ｓ、以下と優れた直線性を有
することが実験により確認された。

このように、この第３実施例によっても、可動ダイアフ
ラムｌＯＯを安定にかつ充分な強度で支持でき、しかも
その寸法及び膜厚を十分に小さく精度良く形成し、小型
かつ高感度のセンサを実現可能であることが理解できる
。

更に３００ＫＰａ以上の過大圧力が印加された場合にお
いては、可動ダイアフラム１００は絶縁膜６４に接して
、それ以上たわまないため、破壊されることはない。す
なわち、過大圧力に対して良好な保護構造となっている
。

第４実施例 次に本発明の好適な第４実施例を説明する。なお、前記
各実施例に対応する部材には同一符号を付しその説明は
省略する。

第７図には第４図実施例に係るセンサの平面図が示され
ており、第８図にはその断面概略説明図が示されている
。

本実施例のセンサは、前記第３実施例と同様に、基板４
０の主表面上に絶縁膜６４を被覆形成し、この絶縁膜６
４の全面には、犠牲膜４２が形成されている。この犠牲
膜４２は、そのダイアフラム固定部４６が前記第１実施
例と同様に耐エツチング特性を有するように処理される
。また、その受圧領域に相当する消失部４４は、１００
μｍ角の正方形状となるよう形成される。

そして、この犠牲膜４２の表面全域には、ダイアフラム
１１４８が被覆形成され、更にこのダイアフラム膜４８
の受圧領域所定位置には第７図に示すごとく複数の歪み
ゲージ５０−１．５０−２゜５０−３．５０−４が設け
られている。歪みゲージ５０−１．・・・５０−４の両
端に接続される複数の電極５６は、可動ダイアフラム１
００を横断し基板４０の他端側に向は延設されている。

そして、このように歪みゲージ５０及び電極５６が設け
られたダイアフラム膜４８の表面１１Ｅには、絶縁性保
護膜５２が被覆形成され、更に前記第３実施例と同様に
して一端側にエツチング液注入口５８が形成され、この
エツチング液注入口５８からエツチング液を注入するこ
とにより、正方形状した可動ダイアフラム１００及び圧
力基準室６０を形成する。

その後、絶縁性保護膜５２上に、前記１３実施例と同様
にして窒化シリコン膜７０が所定の膜厚で被膜形成され
、エツチング液注入口５８を密封する封止部材６２とし
て用いられる。

そして、基板４０の他端側において、窒化シリコン膜７
０に電極５６と連通する接続孔５４が形成され、ここに
接続端子５６ａが形成される。

このようにして、本実施例においては、基板４０の一端
側にダイアフラム１００．他端側に接続端子５６ａが位
置するよう形成されており、電極５６は前記可動ダイア
フラム１００（ａｌｌ：おいて露出していないことから
、各種液体や生体の圧力測定用のセンサとして好適であ
る。

実験によれば、本実施例の半導体圧力センサは、基板４
０の寸法を１５０８ｍＸ５００μｍまで小さく形成可能
であることが確認された。これにより、本実施例によれ
ば超小型の半導体圧力センナが実現可能であるが理解さ
れる。

第５実施例 次に、本発明の好適な第５実施例を説明する。

本実施例の特徴的事項は、半導体圧力センサを集積回路
と一体化して形成し、いわゆる集積化された半導体圧力
センサとして用いたことにある。

第９図には、この第５実施例に係る半導体圧力センサの
平面図が示されている。本実施例においては、シリコン
基板４ｏの所定位置に、前記第１実施例及び第３実施例
で説明した本発明の半導体圧力センサ２００が形成され
ており、更に、このシリコン基板４０上に、圧力センサ
２００からの出力の増幅や信号処理を行う集積回路３０
０と、センサ２００と集積回路３００とを接続するリー
ド及び外部との接続とを行う複数の電極４００が形成さ
れている。

このように、本発明によれば、半導体圧力センサを集積
回路の構成素子要素の１つと見なすことができる程度に
小型に形成することができ、また、その製造も、片面処
理により行うことが可能であり、しかも集積回路と同一
の製造処理工程を用いることができる。

従って、本発明は、この第５実施例で示すごとく、半導
体圧力センサを集積回路として一体化して、いわゆる集
積化センサとして製造する場合に極めて好適なものであ
ることが理解される。

他の実施例 尚、前記実施例においては、ダイアフラム固定部４６で
のボロンの不純物濃度をＩ　Ｘ　１０　”ｃｍ−３とし
、さらにエツチング液（ＫＯＨ）の濃度を１０ｖｔ％と
した場合を例にとり説明した。しかし、本発明はこれに
限らず、要は消失部４４に用いた多結晶シリコンおよび
基板４０に用いた単結晶シリコンに対してエツチング量
が１０分の１程度位かとなるように、ダイアフラム固定
部４４におけるボロンの不純物濃度と、消失部４４のエ
ツチング除去に用いる水酸化カリウム水溶液の濃度の条
件を任意に選択すればよい。このようにしても前記実施
例の効果と同様の効果を得ることができる。

さらに、前記各実施例では、ダイアフラム固定部４６の
不純物拡散元素としてボロンを用い、Ｐ＋型半導体領域
を形成した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに
限らず、例えばボロン以外に、リンを用いてｎ゛型半導
体領域を形成し、耐エツチング特性を有するようにも形
成できることが実験により確認されている。また、これ
以外に、不純物拡散元素として窒素を用いた場合でも、
ボロン、リン等を用いた場合と同様な耐エツチング特性
を有することができ、この場合にはボロン。

リン等を用いた場合に比べより良好な絶縁特性を発揮す
ることができる。

また、前記各実施例においては、窒化シリコンからなる
ダイアフラム膜４８と絶縁性保護膜５２との積層膜を可
動ダイアフラム１００として用いる場合を例にとり説明
したが、本発明はこれに限らず、これ以外にも、窒化シ
リコン膜で上下をサンドイッチ状に挾んだ多層膜も可動
ダイアフラム１００として用いることができ、例えば厚
いダイアフラム１００を必要とする場合には窒シリコン
膜−多結晶シリコン膜−窒化シリコン膜の３層膜が好適
なものとなる。

さらに、前記実施例においては、ダイアフラム膜４８．
絶縁性保護膜５２として、窒化シリコンを用いる場合を
例にとり説明したが、これ以外にも、例えばアルミナ（
Ａ１２０ｉ）、サファイア（Ａ１２０１）、　フッ化カ
ルシウム（Ｃａ　Ｆ　２　）等シリコン基板４０上に安
定に堆積し、シリコンのエツチング速度よりもそのエツ
チング速度が極めて遅い絶縁材料であれば他の材料を用
いることも可能である。

更に、前記各実施例においては、歪みゲージ５０として
、多結晶シリコンを用いた場合を例にとり説明している
が、これ以外にも、例えば多結晶シリコンを再結晶化し
て単結晶化することにより、更に感度の向上を図ること
が可能であり、また、これ以外の材料でも、ダイアフラ
ム膜上に安定に堆積することができ、ピエゾ抵抗効果が
充分発揮できるものであれば、他の材料を用いても形成
することが可能である。

また、前記実施例においては、等方性エツチング特性を
有する消失部４４として、多結晶シリコンを用いた場合
を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、これ以
外にも半導体基板２８とダイアフラム膜３２の界面より
も速い横方向エツチング特性を有するものであれば他の
材料を用いても形成することが可能であり、例えばリン
ガラス等を用いて形成することも可能である。

このように本発明の半導体圧力センサは、小型かつ高精
度のものとすることができるため、各種用途に幅広く用
いることが可能であり、たとえば気圧計、血圧計、自動
車エンジン制御用の圧力センサ、工業（プラント）用の
圧力伝送器、生体計測用圧力センサ、ロボッ６ト制御用
圧力センサ、等の各種用途に用いることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明を用いて形成された半導体
圧力センサの好適な第１実施例を示す説明図、 第３図及び第４図は、本発明の好適な１２実施例を示す
概略説明図、 第５閃及び第６図は、本発明の好適な第３実施例を示す
概略説明図、 第７図及び第８図は、本発明の好適な第４実施例を示す
概略説明図、 第９図は、本発明の好適な第５実施例を示す説明図、 第１０図は、本発明に係わる半導体圧力センサ各部にお
けるエツチング特性を表わす特性図、第１１図は、本発
明に係わる半導体圧力センナの製造方法における基準室
形成工程の説明図、第１２図は、従来の半導体圧力セン
サ及びその製造方法を示す概略説明図である。 ４０・・・基板、４２・・・犠牲膜、４４・・・消失部
、４６・・・ダイアフラム固定部、 ４８・・・ダイアフラム膜、５０・・・歪みゲージ、５
２・・・絶縁性保護膜、５６・・・電極、１８・・・エ
ツチング液注入口、 ６０・・・圧力基準室、６２・・・封止部材、１００・
・・可動ダイアフラム、 ２００・・・半導体圧力センサ、 ４００・・・電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の主表面上に等方性エッチング特性を
   有する犠牲膜を被覆形成する犠牲膜形成工程と、 前記犠牲膜の受圧領域の周辺部を耐エッチング特性を有
   するよう処理することにより、犠牲膜の受圧領域を消失
   部として形成し、その周囲をダイアフラム固定部として
   形成する犠牲膜処理工程と、前記犠牲膜を覆うよう耐エ
   ッチング材料からなる絶縁性ダイアフラム膜を前記半導
   体基板の主表面上に被覆形成するダイアフラム膜形成工
   程と、前記絶縁性ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に
   少なくとも１個の歪みゲージを形成する歪みゲージ形成
   工程と、 前記絶縁性ダイアフラム膜を貫通して前記犠牲膜の消失
   部に到達するよう少なくとも１個のエッジング液注入口
   を形成する注入口形成工程と、前記エッチング液注入口
   を介して異方性エッチング液を注入し、少なくとも前記
   犠牲膜の消失部をエッチング除去し、所定形状をした圧
   力基準室とこれを覆う可動ダイアフラムとを形成する基
   準室形成工程と、 を含み、全処理工程を歪みゲージの設けられる半導体基
   板の主表面側で行い、絶縁性ダイアフラム膜の可動ダイ
   アフラム部とその周囲とをフラットに形成したことを特
   徴とする半導体圧力センサの製造方法。
2. （２）請求項（１）において、 前記犠牲膜形成工程は、 半導体基板の主表面上に耐エッチング材料から成る絶縁
   膜を被覆する工程と、 この絶縁膜上に犠牲膜を被覆形成する工程とを含むこと
   を特徴とする半導体圧力センサの製造方法。