JPH0554708B2 - - Google Patents

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、特に薄膜形成技術
を用い基板表面にダイアフラムを形成することの
可能な改良された半導体圧力センサに関する。

［従来の技術］ 構 成 第８図には従来の半導体圧力センサの一般的な
構成が示されており、この半導体圧力センサは、
Ｎ形シリコン基板１０と台座１２とを含み、基板
１０はその裏面側からエツチングが行われ厚さ20
〜50μｍ程度のダイアフラム１４がその中央部に
形成されている。そして、この基板１０は、裏面
の肉厚部にて台座１２と接着固定され、両者の間
に圧力基準室１６が形成されている。

またこのＮ形シリコン基板１０のダイアフラム
１４表面側には、Ｐ型抵抗領域からなる歪みゲー
ジ１８が拡散あるいはイオン注入によつて形成さ
れており、更にこの基板１０の表面には酸化シリ
コン等からなる絶縁膜２０及び電極２２が形成さ
れている。

以上の構成とすることにより、この半導体圧力
センサによれば、測定圧力に比例してダイアフラ
ム１４がたわみ、このたわみをダイアフラム１４
上に設けられた歪みゲージ１８の抵抗変化として
検出し、圧力測定を行うことができる。

なお、この半導体圧力センサを用いてこの絶対
圧力を測定する場合には、基板１０と台座１２と
の間に設けられた圧力基準室１６内を真空に形成
すればよい。

このようにすることにより、ダイアフラム１４
はその表面側に加えられた絶対圧力に比例して撓
み、絶対圧力は歪みゲージ１８の抵抗変化となつ
て電気的に測定されることになる。

また、この半導体圧力センサを用いて差圧を測
定する場合には、台座１２に圧力基準室１６と連
通する圧力導入口２４を設け、ダイアフラム１４
がその表面側及び裏面側に印加される圧力の差圧
に応じてたわむよう形成すれば良い。このように
することにより、前記絶対圧タイプのセンサと同
様にして、差圧を測定することができる。

ところで、このような従来の圧力センサでは、
前述したように、シリコン基板１０をその裏面側
からエツチングすることによりダイアフラム１４
及び圧力基準室１６を形成している。このような
基板１０のエツチングには水酸化カリウム
（KOH）水溶液等を用いた異方性エツチングが広
く用いられている。

これは、エツチングの際に（111）面のエツチ
ング速度が極めて遅いため、（100）、（110）面の
シリコン基板を使用して基板１０の裏面に窒化シ
リコン（Si₃N₄）などのエツチングマスクを形成
することにより、横方向へのエツチングが（111）
面で停止するまで、結晶方位で決定される規則正
しい傾斜角θをもつた先細りの形状で縦方向のエ
ツチングが進行し、第８図に示すようなダイアフ
ラム１４及び圧力基準室１６を形成することがで
きるからである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この従来の半導体圧力センサは以下に
詳述するいくつかの解決すべき問題点を有してお
り、その有効な対策が望まれていた。

(イ) まず、このような従来の半導体圧力センサ
は、シリコン基板１０の表面側及び裏面側の両
面をウエハ処理することが必要であるため、そ
の製造工程が極めて複雑なものとなるという問
題があつた。

すなわち、この圧力センサは、基板１０の表
面側に歪みゲージ１８、絶縁膜２０及び電極２
２を形成し、また基板１０の裏面側にはダイア
フラム形成用にエツチングマスク及び異方性エ
ツチングをほどこす必要がある。

このような基板１０両面のウエハ処理は、フ
オトエツチング技術を用い各工程毎に位置合せ
しながら行う必要があり、このため各製造工程
は、両面アライメント装置を用いた複雑な工程
となることが避けられない。

また、このように両面アライメント装置を用
いても、歪みゲージ１８とダイアフラム１４の
周縁部の位置合せにある程度の誤差が発生して
しまい、この誤差がセンサ感度のバラツキの原
因となつていた。

一般に、このような両面アライメント誤差
は、300μｍのシリコン基板を用いたときに5μ
ｍ程度見こまれる。しかもこのアライメント誤
差はシリコン基板の厚さが増大するに従つて大
きくなり、特に厚い大口径シリコンウエハを用
いる場合には、センサの特性が大きくバラつ
き、量産が極めて困難となるという問題があつ
た。

(ロ) また、このような従来の半導体圧力センサで
は、ダイアフラム１４の膜厚を薄く形成するこ
とが困難であるという問題があつた。

すなわち、従来の半導体圧力センサでは、所
望の厚さのダイアフラム１４を形成するため、
周知のように、シリコン基板１０の深さ方向の
エツチング速度に基づいて計算したエツチング
時間でエツチングを停止する方法を用いてい
る。

しかし、エツチング速度はウエハの表面状態
やウエハの枚数によつて変化し、更に基板１０
の厚さ自体にも一定のバラつき範囲でバラつき
がある。このため、このようなエツチング処理
によつて形成されるダイアフラム１４は、その
膜厚に一定の範囲でバラつきが発生することが
避けられない。

一般に、このような方法で例えば20〜50μｍ
程度の厚さのダイアフラム１４を形成する場合
には、約2μｍ程度の誤差を見込む必要がある。

ところで、半導体圧力センサの感度は、周知
のようにダイアフラムの厚さの２乗に反比例し
ており、従つて、圧力センサの感度はダイアフ
ラムの厚さの誤差に敏感に反応してバラつく。

このことから、従来の半導体圧力センサで
は、ダイアフラム１４の膜厚を5μｍ程度にし
か薄く形成することができず、高感度のセンサ
を得ることができないという問題があつた。

(ハ) また、この従来の半導体圧力センサでは、ダ
イアフラム１４の寸法を小さく形成することが
困難であるという問題があつた。

すなわち、ダイアフラム１４の寸法は、シリ
コン基板１０の裏面に設けるエツチングマスク
の寸法、シリコン基板１０それ自身の厚さ及び
シリコン基板１０をエツチングする際の縦方向
のエツチング量等で決定される。

従来のように、ダイアフラム１４を異方性エ
ツチングにより形成する場合に、このエツチン
グは、結晶方位で決定される規則正しい傾斜角
θに従いエツチングマスクの開口周縁より内側
に向つて先細りの形状で進行する。そして最終
的には周囲を（111）面で囲まれた円推台形状
とした圧力基準室１６を形成することになる。

このようなエツチングの結果形成されたダイ
アフラム１４の寸法は、エツチングマスクの開
口寸法とシリコン基板１０の縦方向のエツチン
グ量で決定されることとなる。

しかし、エツチング開始時におけるシリコン
基板１０の厚さには所定幅のバラつきを見込む
必要があるため、所望の厚さのダイアフラム１
４を作成しようとする場合には、縦方向のエツ
チング量を基板１０の厚さのバラつき分だけ増
減補正してやることが必要となる。

このように、従来のセンサでは、基板１０の
縦方向のエツチング量が一定の範囲でバラつく
ことが避けられず、その結果形成されるダイア
フラム１４の仕上り寸法も縦方向エツチング量
のバラつき分に対応して一定の範囲でバラつき
を持つこととなる。

ここにおいて、シリコン基板１０の厚さのバ
ラつきをΔtとすると、ダイアフラム寸法のバ
ラつきは2Δt／tanθで表されることとなる。

従つて、例えば（100）面のシリコン基板１
０を用い、（110）方向に辺を有する矩形のダイ
アフラムを形成する場合を想定すると、傾斜角
θは約55度となり、また、シリコン基板１０の
厚さのバラつき分は一般に10μｍ程度見込む必
要があることから、最終的に形成されるダイア
フラム１４の寸法は約14μｍ程度のバラつきを
もつこととなる。

このように、従来の半導体圧力センサでは、
エツチングにより形成されるダイアフラム１４
はその寸法に所定幅のバラつきをもつこととな
り、この結果ダイアフラム１４の周縁と歪みゲ
ージ１８との相対的な位置が変動して歪みゲー
ジ１８に作用する歪み量が変化してしまい、セ
ンサ自体の感度がバラつくという問題があつ
た。

特に、このような従来の半導体圧力センサで
は、ダイアフラム１４の寸法を小さくすればす
る程その寸法のバラつく割合いが大きくなるた
め、ダイアフラム１４の寸法は、直径あるいは
一辺あたりの長さが500μｍ程度にしか小さく
形成することができず、これ以上小さいダイア
フラム１４を有するセンサを形成することはで
きないという問題があつた。

(ニ) さらに、このような従来の半導体圧力センサ
では、圧力基準室１６を形成するために、シリ
コン基板１０と台座１２とを気密状態に接着す
ることが必要となる。

すなわち、このような従来のセンサを用いて
絶対圧を測定する場合には、基板１０と台座１
２とを密着して形成した空洞を圧力基準室１６
として用い、この圧力基準室１６内を真空に保
つ必要がある。

しかし、基板１０と台座１２との接着には、
陽極接合やガラス接合等の高度な気密接着技術
を必要とし、さらにこの気密接着部にたとえわ
ずかでも洩れが存在すると、圧力センサの出力
特性の経時変化となつて現れるという問題があ
つた。

特に、高精度の圧力測定を行うセンサにおい
ては、この気密接着技術が極めて重要なポイン
トとなり、これがセンサを量産化する上での妨
げとなつていた。

以上説明したように、この従来の半導体圧力セ
ンサは、前記(イ)〜(ニ)の各問題点を有するため、そ
の測定精度の向上及び小形化を図ることができ
ず、しかも、その製造方法が複雑であることか
ら、量産性を図り低価格化を実現することができ
ないという問題があつた。

この結果、このような従来の半導体圧力センサ
は優れた性能を有するにもかかわらず、広く利用
されるに至つておらず、その有効な対策が望まれ
ていた。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされ
たものであり、その目的は、小形化、量産化が容
易でかつ高精度の半導体圧力センサ及びその製造
方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 半導体圧力センサ 前記目的を達成するため、本発明の半導体圧力
センサは、半導体基板と、 前記半導体基板の主表面に設けられた凹所と、 耐エツチング材料を用いて形成され、前記半導
体基板の主表面上に設けられた絶縁性のダイアフ
ラム膜と、 前記ダイアフラム膜を貫通して設けられ、前記
半導体基板の主表面に前記凹所を設けるためのエ
ツチング液が注入される少なくとも１個のエツチ
ング液注入口と、 前記エツチング液注入口の少なくとも一つを密
封する封止部材と、 前記ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に設け
られ、検出した圧力に応じた信号を出力する少な
くとも１個の歪みゲージと、 を含み、前記凹所と前記ダイアフラム膜とによつ
て、圧力検出時の基準圧力が設定される圧力基準
室が形成されていることを特徴とする。

以下に本発明の半導体圧力センサを更に具体的
に説明する。

第１図には、本発明の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。

本発明の半導体圧力センサは、半導体基板３０
の主表面上に耐エツチング性を有する材料からな
る絶縁性のダイアフラム膜３２が被覆形成され、
このダイアフラム膜３２の受圧領域所定位置に少
なくとも１個の歪みゲージ３４が設けられてい
る。

本発明においては、このようにダイアフラム膜
３２及び歪みゲージ３４が設けられた基板３０の
主表面を、更に耐エツチング性を有する材料から
なる絶縁性保護膜３６によつて被覆形成すること
が好ましい。

また、受圧領域の所定位置には、前記絶縁性保
護膜３６及びダイアフラム膜３２を貫通して、半
導体基板３０に到達する少なくとも１個のエツチ
ング液注入口４０が開口形成されており、このエ
ツチング液注入口４０を介して基板３０側に所定
のエツチング液が注入され、耐エツチング性の材
料からなるダイアフラム膜３２と半導体基板３０
の界面の横方向エツチング特性を利用したエツチ
ングが行われ、半導体基板３０の一部をエツチン
グ除去して圧力基準室４２が形成されている。こ
こにおいて、前記エツチング液注入口４０は、必
要に応じてその全部又は一部が封止部材４４によ
り封止されている。

また、本発明の半導体圧力センサにおいて、前
述したように、歪みゲージ３４の表面に絶縁性保
護膜３６を被覆形成した場合には、その絶縁性保
護膜３６の前記ゲージ３４両端に接続孔４６を形
成し、その接続孔４６を介して歪みゲージ３４の
両端に接続される複数の電極３８を形成すること
が好ましい。

本発明の半導体圧力センサは以上の構成からな
り、次の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４２の上面側に位置するダイアフラム膜３２
が可動ダイアフラム１００として機能し、またこ
のダイアフラム膜３２以外に前述したように絶縁
性保護膜３６を設けた場合には、このダイアフラ
ム膜３２と絶縁性保護膜３６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。

ここにおいて、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４２を真空状態に保つたまま、すべてのエ
ツチング液注入口４０を封止部材４４により密封
する。このようにすることにより、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
圧力に比例して歪み、この歪みによつて受圧領域
に設けられた歪みゲージ３４の抵抗が変化する。

例えばダイアフラム膜３２の受圧領域中央に１
組の歪みゲージ３４−２，３４−４を配置し、又
受圧領域の周辺に他の１組の歪みゲージ３４−
１，３４−３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、他方が伸長力
となり、この結果１組の歪みゲージの抵抗が増加
する場合には、他方の組の歪みゲージの抵抗が減
少することとなる。

従つて、これら２組の歪みゲージ３４−１，３
４−２，３４−３，３４−４を抵抗変化が加算さ
れるよう電極３８−１，３８−２，３８−３，３
８−４を介してブリツジ接続し、対抗する一対の
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可能となる。

このようにして、本発明の半導体圧力センサに
よれば、絶対圧力を正確に測定することが可能と
なる。

また、本発明の半導体圧力センサを、差圧測定
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４０を複数個設け、その一部を封止部材
４４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４０
に圧力基準室４２へ向け比較する圧力を導入する
圧力導入手段を設ければ良い。

このようにすることにより、可動ダイアフラム
１００の表面側及び裏面側に印加される圧力の差
圧を前記絶体圧タイプのセンサと同様に歪みゲー
ジ３４の抵抗変化として正確に測定することが可
能となる。

製造方法 次に本発明にかかる半導体圧力センサの製造方
法を説明する。

本発明の製造方法は、半導体基板の主表面上に
耐エツチング材料からなる絶縁性のダイアフラム
膜を形成するダイアフラム膜形成工程と、 この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、 前記歪みゲージ上に耐エツチング材料から成る
絶縁性保護膜を被覆形成する保護膜形成工程と、 受圧領域所定位置に前記絶縁保護膜及びダイア
フラム膜を貫通して半導体基板に到達する少なく
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、 このエツチング液注入口を介してエツチング液
を注入して半導体基板の一部をエツチング除去し
所定形状可動ダイアフラム及び圧力基準室を形成
する基準室形成工程と、 エツチング液注入口の少なくとも１つを封止部
材を用いて密封する注入口封止工程と、 絶縁性保護膜の歪みゲージ両端位置に複数の接
続孔を形成する接続孔形成工程と、 この接続孔を介して歪みゲージに接続される複
数の電極を形成する電極形成工程と、 を含み、全処理工程を歪みゲージが設けられる半
導体基板の主表面上においてのみ行うことを特徴
とする。

以下に本発明にかかる半導体圧力センサの製造
方法を更に具体的に説明する。

本発明の方法によれば、まず半導体基板３０の
主表面に耐エツチング製材料からなる絶縁性のダ
イアフラム膜３２を被覆形成し、このダイアフラ
ム膜３２の受圧領域所定位置に少くとも１個の歪
みゲージ３４を設ける。

更に、このダイアフラム膜３２及び歪みゲージ
３４上に絶縁性保護膜３６を被覆形成する。

その後、受圧領域所定位置にて、前記絶縁性保
護膜３６及びダイアフラム膜３２を貫通して半導
体基板３０に達するよう少なくとも１個のエツチ
ング液注入口４０を形成する。

そして、このエツチング液注入口４０を介し
て、所定のエツチング液を基板３０へ向け注入す
るとダイアフラム膜３２と基板３０との界面横方
向エツチング特性を利用したエツチングが進行
し、基板３０の一部がエツチング除去され、圧力
基準室４２が形成される。

このとき、圧力基準室４２の上面側に位置する
ダイアフラム膜３２は、耐エツチング製の材料を
用いて形成されているため、ほとんどエツチング
されることはない。この結果、このダイアフラム
膜３２と絶縁性保護膜３６からなる積層膜が、圧
力基準室４２に対する可動ダイアフラム１００と
して機能することとなる。

本発明によればダイアフラム１００の厚さは、
ダイアフラム膜３２と絶縁性保護膜３２との双方
の膜厚を合計した値となるため、周知の膜厚形成
技術を用いることにより、ダイアフラムの膜厚を
予め設定した所定の膜厚に、薄くかつ精度良く形
成することが可能となる。

更に。本発明によれば、ダイアフラム１００の
大きさを従来のように半導体基板の厚さのバラつ
きに影響されることなくそれと無関係に精度良く
形成することができる。

従つて、本発明によれば、ダイアフラム１００
の膜厚及び大きさを、予め設定した寸法に従い、
充分に小さくしかも精度よく形成することが可能
となる。

また、本発明によれば、圧力基準室４２を形成
した後、つぎにこの圧力基準室４２を形成するた
めに設けられたエツチング液注入口４０の少くと
も１つを封止部材４４を用いて密封する。

このとき、本発明のセンサを絶対圧測定型のセ
ンサとして形成する場合には、圧力基準室４２内
を真空に保つたまま、封止部材４４を用いてエツ
チング液注入口４０全てを密封する。

また、本発明のセンサを、差圧測定型のセンサ
として形成する場合には、前述したように、エツ
チング液注入口４０を予め複数個設けており、そ
の一部を封止部材４４を用いて密封し、残りを開
口形成する。そして、開口されたエツチング液注
入口４０を介して、圧力基準室４２へ第２の圧力
を導入する圧力導入手段を設ければ良い。このよ
うにすることにより、ダイアフラム１００の表面
側に印加される第１の圧力と裏面側に印加される
第２の圧力との差圧を歪みゲージ３４の抵抗変化
として測定することが可能となる。

また、本発明においては、歪みゲージ３４の表
面を絶縁性保護膜３６により被覆しているため、
この歪みゲージ３４から信号を取出す電極を設け
る必要がある。このため、本発明によれば、絶縁
性保護膜３６の歪みゲージ３４両端位置に複数の
接続孔４６を形成し、この接続孔４６を介して歪
みゲージ３４に接続される複数の電極３８を形成
する。このようにすることにより、歪みゲージ３
４の抵抗変化は、電極３８介して検出することが
可能となる。

従来例との比較 本発明の半導体圧力センサ及びその製造方法は
以上の構成からなり、次にその特徴を従来例と比
較して具体的に説明する。

(a) 本発明によれば、製造処理工程の全てを半導
体基板３０の主表面側でのみで行う、いわゆる
片面処理によつてセンサを形成することが可能
となる。

すなわち、本発明によれば、基板３０の主表
面側において、ダイアフラム１００を周知の薄
膜形成技術をもつて形成し、また圧力基準室４
２は基板３０の主表面側に形成されたエツチン
グ液注入口４０からエツチング液を注入するこ
とにより形成し、更に、圧力基準室４２の気密
封止は真空蒸着等の集積回路製造技術で行うこ
とがでる。このように、全てのウエハ処理工程
を基板３０の主表面側においてのみ行い、いわ
ゆる片面処理でセンサを形成することが可能と
なる。

この結果、本発明によれば、従来の両面処理
のセンサに比しその製造工程が極めて簡単かつ
安価なものとなる。

(b) また、本発明によれば、周知の薄膜形成技術
を用いることにより、ダイアフラム１００の膜
圧を予め決定した値に薄くかつ精度良く形成す
ることが可能となる。

更に、本発明によれば、ダイアフラム１００
の大きさを半導体基板３０の厚さのバラつきに
無関係に、予め設定した平面寸法で極めて小さ
くかつ精度良く形成することができる。

このように、本発明によれば、従来のセンサ
に比し、ダイアフラムをあらかじめ設定した膜
厚、寸法に小さくかつ精度良く形成することが
可能となり、小型でかつ高感度のセンサを得る
ことが可能となる。

(c) また、本発明によれば、圧力基準室４２をダ
イアフラム膜３２と基板３０との間に形成して
いるため、絶対圧タイプのセンサを形成する
際、圧力基準室４２の気密封止を真空蒸着等の
集積回路製造技術により簡単かつ確実に行うこ
とができる。この結果、本発明によれば、従
来、センサを量産化する上でのさまたげとなつ
ていた基板３０と台座との気密接着が不要とな
り、センサの製造を大幅に簡素化することが可
能となる。

(d) また、本発明によれば、ダイアフラム膜３２
上に設けられた歪みゲージ３４を、絶縁性保護
膜３６で被覆することにより、歪みゲージ３４
を複数個設けた場合には、各歪みゲージ３４が
それぞれ分離され、いわゆるＰ−Ｎ接合分離の
ような温度上昇に伴なう洩れ電流が増加するこ
とがなく、高温域まで安定に動作することが可
能となる。

(e) 更に、本発明によれば、半導体圧力センサ自
体を集積させて製造することが可能となる。

すなわち、本発明によれば、前述したように、
全製造処理工程をほぼ片面処理により行うことが
可能であり、しかもダイアフラム１００を非常に
薄くかつ小型に形成することができるため、圧力
センサ自体を集積回路を構成する１つの素子要素
として扱い設計することが容易となり、しかも、
センサ自体を集積回路製造技術とほぼ同様の製造
技術を用いて形成することができることから、圧
力センサを所定の信号処理回路、例えば増幅機等
と同一基板上に集積させて形成することが可能と
なる。

実験によれば、本発明のダイアフラムは、従来
の半導体圧力センサのダイアフラムに比し、その
寸法を略1/10以下に形成可能であることが確認さ
れている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ダイア
フラムを薄く小さく形成することができるため、
小型かつ高精度の半導体圧力センサを得ることが
可能となり、しかもセンサの製造をいわゆる片面
処理で行うことができることから、量産が極めて
容易でかつ低価格のセンサを得ることが可能であ
る。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明
する。

第１実施例 まず、本発明の好適な第１実施例を第１図及び
第２図に基づき説明する。

本実施例の半導体圧力センサにおいては、半導
体基板３０はシリコン基板を用いて形成されてお
り、このシリコン基板３０の主表面の全域に渡り
ダイアフラム膜３２として窒化シリコン
（Si₃N₄）膜が減圧CVDを用い膜厚400nｍに被覆
形成されている。

そして、このダイアフラム膜３２の表面には、
歪みゲージ３４−１，３４−２，３４−３，３４
−４が設けられており、実施例において、この歪
みゲージ３４−１，３４−２，３４−３，３４−
４は、ダイアフラム膜３２を形成する窒化シリコ
ンの表面に減圧CVDを用い多結晶シリコンを厚
さ100nｍ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法あるいはイオン注
入法を用いて添加、拡散してＰ型半導体を形成
し、その後これをフオトエツチングによつて不要
部分を除去することにより形成される。

更に、このようにして形成された歪みゲージ３
４を含む全表面上に、絶縁性保護膜３６として窒
化シリコンを減圧CVDを用い100nｍの膜厚に被
覆形成する。

そして、受圧領域の所定位置において、前記絶
縁性保護膜３６及びダイアフラム膜３２を貫通し
シリコン基板３０に到達する直結2μｍのエツチ
ング液注入口４０を開口形成し、このエツチング
液注入口４０を介して基板３０へ向け所定のエツ
チング液を注入する。

本実施例においては、エツチング液として硝酸
（HNO₃）とフツ化水素産（HF）の混合水溶液が
用いられており、前記エツチング液注入口４０か
らこのエツチング液を浸漬すると注入口４０を中
心としてエツチングが進行する。

すなわち、シリコン基板３０の縦方向にエツチ
ングが進むに従つて、シリコン基板３０とダイア
フラム膜３２の界面横方向にもエツチングが進行
し、圧力基準室４２となる空洞が形成される。

このとき、圧力基準室４２の上面側に位置する
ダイアフラム膜３２及び絶縁性保護膜３６は耐エ
ツチング性の材料を用いて形成されているため、
ほとんどエツチングされることはなく、従つてダ
イアフラム膜３２と絶縁性保護膜３６からなる積
層膜は圧力基準室４２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。

なお、各歪みゲージ３４はダイアフラム膜３２
と絶縁性保護膜３６によりサンドイツチ状に被覆
されているため、前記エツチング液によりなんら
影響を受けることはない。

このようにして、圧力基準室４２が形成された
後、真空蒸着あるいはスパツタリングにより金属
あるいは絶縁物を、絶縁性保護膜３６上にエツチ
ング液注入口４０を密封封止できる程度の厚さに
堆積させ、その後フオトエツチングで不要部分を
除去し封止部材４４を形成する。

このようにすることにより、圧力基準室４２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３６の歪みゲージ３４の
両端位置をフオトエツチングにより除去し接続孔
４６を形成し、ここにアルミニウム蒸着膜を被覆
しこれをフオトエツチングにより適当な形状とす
ることにより電極３８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、ダイアフラム１００の上側より印
加された絶対圧力を歪みゲージ３４の抵抗変化と
して検出し、電極３８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
径を50μｍダイアフラムの厚さを約0.5μｍ程度ま
で小さく形成することができ、しかも100KPaの
圧力に対して２ｍＶ／Ｖ以上の優れた出力感度を
発揮することが実験により確認された。このこと
から、第１実施例によれば、ダイアフラムの膜厚
及び寸法を充分に小さく形成し、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。

第２実施例 次に、本発明の好適な第２実施例を、ダイアフ
ラムが矩形形状に形成されたセンサを例にとり説
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実施例のセンサを表す平面説明
図が示されており、第４図にはその断面説明図が
示されている。

実施例のセンサにおいて、半導体基板３０は、
（100）面を主表面とするシリコン基板を用い形成
されており、この基板３０の主表面上に前記第１
実施例と同様にして窒化シリコンからなるダイア
フラム膜３２、歪みゲージ３４−１，３４−２，
３４−３，３４−４、窒化シリコンからなる絶縁
性保護膜３６が形成されている。

本実施例の特徴的事項は、ダイアフラム１００
を矩形形状に形成することにあり、このため絶縁
性保護膜３６及びダイアフラム膜３２からなる積
層膜に、幅2μｍの長方形をした第１のエツチン
グ液注入口４０−１、第２のエツチング液注入口
４０−２をほぼ平行に開口形成する。

そして、その第１及び第２のエツチング液注入
口４０から水酸化カリウム（KOH）水溶液から
なるエツチング液を注入し異方性エツチングを行
う。

このとき、本実施例においても、前記第１実施
例と同様にシリコン基板３０とダイアフラム膜３
２の界面に横方向エツチングが進行し、第４図に
示すごとく、各エツチング注入口４０−１，４０
−２を中心として断面３角形状をした圧力基準室
４２が形成される。

この結果、本実施例によれば、圧力基準室４２
の上方に位置して（110）方向に辺を有する長方
形状をした可動ダイアフラム１００が形成される
こととなる。なお、実施例の歪みゲージ３４−
１，３４−２，……３４−４は長方形状をしたダ
イアフラム１００の中央部にその短辺と平行に配
置されている。

また、本実施例においては、絶縁性保護膜３６
の表面全域に、減圧あるいはプラズマCVDによ
つて酸化シリコン（SiO₂）が第２の絶縁性保護
膜５０として被覆形成されており、この第２の絶
縁性保護膜５０が封止部材４４として機能し、第
１及び第２のエツチング液注入口４０を密封して
いる。

そして、実施例においては、各絶縁性保護膜３
６及び５０を貫通して歪みゲージ３４−１，３４
−２，……３４−４の両端部に達する接続孔４６
がフオトエツチングにより設けられ、この接続孔
４６を介して各歪みゲージ３４−１，３４−２，
３４−４の両端に接続される電極３８が形成され
ている。

以上説明したように、この第２の実施例は、矩
形形状をしたダイアフラム１００を有するセンサ
を形成する場合に極めて好適である。

第３実施例 次に本発明の好適な第３実施例を、差圧測定型
のセンサを例にとり説明する。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５図には第３実施例にかかるセンサの平面図
が示されており、第６図にはその断面の概略説明
図が示されている。

本実施例のセンサは、シリコン基板３０の表面
に前記第１実施例と同様に窒化シリコンを用いて
ダイアフラム膜３２を形成し、このダイアフラム
膜３２上に歪みゲージ３４−１，３４−２、３４
−４を設けている。

そして、ダイアフラム膜３２の受圧領域所定位
置に、３個のエツチング液注入口４０−１，４０
−２，４０−３を設け、これら各注入口４０を用
いて第１実施例と同様にして等方性エツチングを
行い、３つの半球形状をした空洞が接続されてな
る圧力基準室４２を形成する。

そして、このようにして圧力基準室４２を形成
した後、封止部材４４を用いてエツチング液注入
口４０の密封封止を行う。

本実施例の特徴的事項は、３個のエツチング液
注入口４０−１，４０−２，４０−３の内、２個
の注入口４０−１，４０−２のみを封止部材４４
を用いて密封封止し、残りの注入口４０はそのま
ま開口状態としたことにある。

そして、可動ダイアフラム１００の外周に、前
記開口状態にあるエツチング液注入口４０へ連通
する圧力導入キヤツプ５２を設け、この圧力導入
キヤツプ５２を介して圧力基準室４２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
側及び裏面側には、それぞれ第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１
００には両者の差圧に比例した歪みが発生する。
この結果、本実施例のセンサによれば、第１及び
第２の圧力差圧を歪みゲージ３４の抵抗変化とし
て正確に検出することが可能となる。

なお、第５図及び第６図においては、理解を容
易にするために、絶縁性保護膜３６、接続孔４６
及び電極３８の説明は省略してあるが、これら各
部材は前記第１実施例及び第２実施例と同様に本
実施例においても設けられている。

第４実施例 次に本発明の好適な第４実施例を説明する。

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７図には、この第４実施例にかかる半導体圧
力センサの外面図が示されており、本実施例にお
いては、シリコン基板３０の所定位置に前記第１
実施例及び第２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３０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３００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。

従つて、本発明は、この第４実施例で示すごと
く、半導体圧力センサを集積回路と一体化して、
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 なお、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３２と絶縁性保護膜３６
との積層膜を可動ダイアフラム１００として用い
る場合、あるいはこれに所定の酸化膜からなる第
２の絶縁性保護膜を被覆した多層膜を可動ダイア
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、例
えば窒化シリコン膜上に多結晶シリコンを堆積し
て可動ダイアフラム１００を形成することも可能
であり、厚いダイアフラム１００を必要とする場
合に好適なものとなる。

更に、前記実施例においては、ダイアフラム膜
３２、絶縁性保護膜３６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（Al₂O₃）、サフアイヤ
（Al₂O₃）、フツ化カルシウム（CaF₂）等シリコン
基板３０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３
４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。

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、例
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）用の圧力伝送器にお
けるセンサ及びその他の用途に幅広く用いること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明にかかる半導体圧力
センサ及びその製造方法の好適な第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第
２実施例を示す概略説明図、第５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
図は本発明の好適な第４実施例を示す説明図、第
８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。 ３０……基板、３２……ダイアフラム膜、３４
……歪みゲージ、３６……絶縁性保護膜、３８…
…電極、４０……エツチング液注入口、４２……
圧力基準室、４４……封止部材、４６……接続
孔、５２……圧力導入キヤツプ、１００……可動
ダイアフラム、２００……半導体圧力センサ、３
００……集積回路、４００……電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板と、 前記半導体基板の主表面に設けられた凹所と、 耐エツチング材料を用いて形成され、前記半導
   体基板の主表面上に設けられた絶縁性のダイアフ
   ラム膜と、 前記ダイアフラム膜を貫通して設けられ、前記
   半導体基板の主表面に前記凹所を設けるためのエ
   ツチング液が注入される少なくとも１個のエツチ
   ング液注入口と、 前記エツチング液注入口の少なくとも一つを密
   封する封止部材と、 前記ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に設け
   られ、検出した圧力に応じた信号を出力する少な
   くとも１個の歪みゲージと、 を含み、前記凹所と前記ダイアフラム膜とによつ
   て、圧力検出時の基準圧力が設定される圧力基準
   室が形成されていることを特徴とする半導体圧力
   センサ。 ２ 特許請求の範囲１記載のセンサにおいて、 ダイアフラム膜及び歪みゲージが設けられた半
   導体基板の主表面は耐エツチング材料から成る絶
   縁性保護膜によつて被覆され、 歪みゲージの検出信号は歪みゲージの両端と接
   続された複数の電極を介して出力されることを特
   徴とする半導体圧力センサ。 ３ 特許請求の範囲１、２のいずれかに記載のセ
   ンサにおいて、 前記ダイアフラム膜は、窒化シリコン膜又は少
   なくとも窒化シリコン膜を含む多層膜からなるこ
   とを特徴とする半導体圧力センサ。 ４ 特許請求の範囲１〜３のいずれかに記載のセ
   ンサにおいて、 エツチング液注入口は圧力基準室を真空に保つ
   た状態で封止部材によつて全て密封され、ダイア
   フラム表面側より印加される絶対圧力を測定する
   ことを特徴とする半導体圧力センサ。 ５ 特許請求の範囲１〜３のいずれかに記載のセ
   ンサにおいて、 エツチング液注入口は複数個設けられ、その一
   部が封止部材を用いて密封され、残りが閉口さ
   れ、 閉口されたエツチング液注入口には圧力基準室
   へ第２の圧力を導入する圧力導入手段が設けら
   れ、ダイアフラム表面側に印加される第１の圧力
   と裏面側に印加される第２の圧力との差圧を測定
   することを特徴とする半導体圧力センサ。 ６ 特許請求の範囲１〜５のいずれかに記載のセ
   ンサにおいて、 前記半導体基板の主表面には、所定の信号処理
   回路と、信号処理回路及び歪みゲージの入出力用
   の複数の電極と、これら電極を介して歪みゲージ
   と信号処理回路とを接続する複数のリードと、が
   設けられてなることを特徴とする半導体圧力セン
   サ。 ７ 半導体基板の主表面上に耐エツチング材料か
   らなる絶縁性のダイアフラム膜を形成するダイア
   フラム膜形成工程と、 この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、 前記歪みゲージ上に耐エツチング材料から成る
   絶縁性保護膜を被覆形成する保護膜形成工程と、 受圧領域所定位置に前記絶縁性保護膜及びダイ
   アフラム膜を貫通して半導体基板に到達する少な
   くとも１個のエツチング液注入口を形成する注入
   口形成手段と、 このエツチング液注入口を介してエツチング液
   を注入して半導体基板の一部をエツチング除去し
   所定形状可動ダイアフラム及び圧力基準室を形成
   する基準室形成工程と、 エツチング液注入口の少なくとも１つを封止部
   材を用いて密封する注入口封工程と、 絶縁性保護膜の歪みゲージ両端位置に複数の接
   続孔を形成する接続孔形成工程と、 この接続孔を介して歪みゲージに接続される複
   数の電極を形成する電極形成工程と、 を含み、全処理工程を歪みゲージが設けられる半
   導体基板の主表面上においてのみ行うことを特徴
   とする半導体圧力センサの製造方法。