JPH06307955A - 圧力センサ用ダイヤフラム及びその製造方法 - Google Patents

圧力センサ用ダイヤフラム及びその製造方法

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JPH06307955A
JPH06307955A JP5094563A JP9456393A JPH06307955A JP H06307955 A JPH06307955 A JP H06307955A JP 5094563 A JP5094563 A JP 5094563A JP 9456393 A JP9456393 A JP 9456393A JP H06307955 A JPH06307955 A JP H06307955A
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JP
Japan
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diaphragm
silicon substrate
epitaxial layer
pressure sensor
etching
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JP5094563A
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English (en)
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Yasuo Imaeda
泰夫 今枝
Shigekazu Yasuda
重和 安田
Hitoshi Iwata
仁 岩田
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Tokai Rika Co Ltd
Original Assignee
Tokai Rika Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力センサの超小型化が可能で、ダイヤフラ
ム厚さの加工精度が良好で、エッチング面の面荒れがな
く、かつ、ウエーハ状態での歩留りが良好な圧力センサ
用ダイヤフラムを提供する。 【構成】 結晶軸が〈110〉であるp型シリコン基板
の結晶面を〈111〉軸を回転軸として所定角度傾け
て、前記結晶軸を鉛直軸と一致させ、該p型シリコン基
板14上にn型導電型エピタキシャル層16を所望の厚
さに成長させた後、導電型エピタキシャル層16上に拡
散ゲージ20を形成し、拡散ゲージと反対側のp型シリ
コン基板14にエッチングを行なって取り除きダイヤフ
ラム18を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、油圧制御や自動車の吸
気圧、排気圧の測定等に用いる半導体式の圧力センサ用
ダイヤフラム及びその製造方法に関し、詳しくは、加工
精度に優れ、超小型化が可能な半導体式の圧力センサ用
ダイヤフラム及びその、均一で歩留りの良好な製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体式圧力センサは、小型で精度も良
好なことから、広範囲に用いられている。従来の圧力セ
ンサ用ダイヤフラムは、シリコン基板に化学的エッチン
グ、例えば、電気化学的エッチングを施して形成したも
のであった。シリコン単結晶のダイヤフラムを応用した
小型圧力センサは、結晶面を(110)面、ダイヤフラ
ムの長手方向を(211)方向として、シリコン単結晶
基板をエッチングし、ダイヤフラムを形成していた。し
かしながら、前記圧力センサは、ダイヤフラムの厚さの
精度を向上させるために、何度もダイヤフラムの膜厚測
定とエッチングとを繰り返すため、作業性が悪かった。
【0003】図3は、従来の圧力センサ用ダイヤフラム
を示す概略断面図である。シリコン基板32の結晶面は
(110)面をなす。シリコン基板32にエッチングに
より空洞部34を形成して、シリコン単結晶のダイヤフ
ラム36を得るものである。シリコン基板32に形成さ
れた空洞部すなわち、ダイヤフラム36の長手方向の側
壁が(111)面をなすように、エッチング方法を制御
するものであるが、ダイヤフラム36の膜厚を制御する
ために、エッチングと膜厚測定を繰り返すことから、作
業が煩雑となり、また、ダイヤフラム36の被エッチン
グ面の面荒れによりウエーハの歩留りが悪かった。さら
に、加工前のシリコンウエーハの厚さの均一性やエッチ
ング時における均一性の影響で、ダイヤフラム厚さの加
工精度を向上させるのが困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、圧力
センサの超小型化が可能であり、ダイヤフラム厚さの加
工精度が良好で、エッチング面の面荒れがなく、かつ、
ウエーハ状態での歩留りが良好な圧力センサ用ダイヤフ
ラムを提供するものである。
【0005】さらに、本発明の第2の目的は、加工精度
が良好な圧力センサ用ダイヤフラムの、均一で歩留りの
良好な製造方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本出願に係わる請求項1
記載の圧力センサ用ダイヤフラムは、一定肉厚で結晶軸
が面の法線方向に対して所定角度傾斜した半導体シリコ
ン単結晶基板を用い、該シリコン単結晶基板を前記所定
角度傾斜させて前記結晶軸が鉛直軸と一致した状態で該
シリコン基板上に該シリコン基板と反対の型の導電型エ
ピタキシャル層を所望の厚さに成長させ、該導電型エピ
タキシャル層に所定の拡散処理を行なってゲージ抵抗を
形成し、該シリコン基板のゲージ抵抗と反対側の面をエ
ッチングにより取り除いて得たことを特徴とするもので
ある。
【0007】本出願に係わる請求項2記載の発明は、前
記圧力センサ用ダイヤフラムの製造方法であって、一定
肉厚で結晶軸が面の法線方向に対して所定角度傾斜した
半導体シリコン単結晶基板を用い、該シリコン単結晶基
板を前記所定角度傾斜させて前記結晶軸が鉛直軸と一致
した状態で該シリコン基板上に該シリコン基板と反対の
型の導電型エピタキシャル層を所望の厚さに成長させ、
該導電型エピタキシャル層に所定の拡散処理を行なって
ゲージ抵抗を形成し、該シリコン基板のゲージ抵抗と反
対側の面を該導電型エピタキシャル層をエッチングスト
ッパとしてエッチングすることを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】本発明の圧力センサ用ダイヤフラムは、結晶軸
が面の法線方向に対して所定角度傾斜した半導体シリコ
ン単結晶基板を用い、該シリコン単結晶基板を前記所定
角度傾斜させて前記結晶軸が鉛直軸と一致した状態で該
シリコン基板上に該シリコン基板と反対の型の導電型エ
ピタキシャル層を所望の厚さに成長させることにより、
シリコン基板をエッチングしたときの形状すなわち、ダ
イヤフラムの長手方向の側壁が、基板に対して90°の
角度をなすため、超小型の圧力センサとすることができ
る。また、エッチングを行ったとき、エッチングがエピ
タキシャル層で停止する、すなわち、該エピタキシャル
層がエッチングストッパとなるため、ダイヤフラムの膜
厚が基板であるウエーハ全域にわたり精度が良好とな
り、ウエーハ状態での歩留りが飛躍的に向上する。
【0009】また、本発明の圧力センサ用ダイヤフラム
の製造方法においては、結晶軸が面の法線方向に対して
所定角度傾斜した半導体シリコン単結晶基板を用い、該
シリコン単結晶基板を前記所定角度傾斜させて前記結晶
軸が鉛直軸と一致した状態で該シリコン基板上に該シリ
コン基板と反対の型の導電型エピタキシャル層を所望の
厚さに成長させ、その後、シリコン基板のエッチングを
行なうため、前記エピタキシャル層がエッチングストッ
パとして作用し、精度良好な圧力センサが、1回のエッ
チングで得られ、作業性、歩留りが飛躍的に向上する。
【0010】
【実施例】以下、本発明を更に詳しく説明する。
【0011】図1は、本発明の圧力センサ用ダイヤフラ
ムの一態様を表す概略断面図である。
【0012】図2は、本発明の圧力センサ用ダイヤフラ
ムのウエーハ仕様の一態様を表す概略断面図及び平面図
である。
【0013】図2に示すウエーハ12は、シリコン基板
として結晶軸が〈110〉であるp型シリコン基板14
を用いており、該p型シリコン基板14の結晶面を破線
で表された〈111〉軸を回転中心として3°傾けて、
前記結晶軸を鉛直軸と一致させ、その上にp型と反対導
電型であるn型のエピタキシャル層16を形成させる。
シリコン基板の結晶軸の傾きθは、1°〜5°の範囲で
あることが好ましく、傾きが1°未満であると、均一な
エピタキシャル層が形成されず、5°を越えるとダイヤ
フラムのエッチング形状が悪化するため好ましくない。
特に、本実施例の如く結晶軸が〈110〉であるp型シ
リコン基板14を用いた場合、結晶面を傾けないとエピ
タキシャル層が形成されない。n型エピタキシャル層1
6の形成は、シリコン基板との適合性、膜厚の精度を考
慮すれば気相エピタキシャル法が好ましい。また、n型
エピタキシャル層16の厚さ(すなわち、後に形成され
るダイヤフラム18の厚さ)は、使用される圧力センサ
の測定対象によって任意に選択される。
【0014】かくして得られたシリコンウエーハ12の
該n型エピタキシャル層16に所定の拡散処理を行なっ
てゲージ抵抗すなわち、拡散ゲージ20を形成し、該シ
リコン基板14の拡散ゲージ20と反対側の面をエッチ
ングにより取り除いてダイヤフラム18が形成されるも
のである。エッチングの方法としては、異方性エッチン
グであれば任意であり、例えば、ウエットエッチング、
プラズマエッチング、イオンビームエッチング等が挙げ
られるが、電気化学エッチングであるウエットエッチン
グ等が一般的に用いられている。ウエットエッチングの
方法としては、エッチング浴として、HF−HNO3 溶
液やKOH溶液を用い、試料と、電極とを溶液中に配置
して適切な電圧を印加する方法が挙げられるが、KOH
エッチング液を用いる場合、本発明の如くpn接合をも
つ試料においては、試料に印加する電圧の大きさを変化
させることによりp型シリコン層のみをエッチングし、
n型シリコン層を残すことが可能となる。
【0015】本発明の圧力センサ用ダイヤフラムは、被
エッチング層と反対導電型であるエピタキシャル層がエ
ッチングストッパとして働くため、1回のエッチングを
行うのみで、膜厚精度が高く、エッチングによる面荒れ
もないダイヤフラムを有するものとなる。また、p型シ
リコン基板14における結晶方向が、〈111〉軸に対
して所定角度傾いており、n型エピタキシャル層16の
結晶方向もそれと一致していることから、n型エピタキ
シャル層16の形成性も良好であり、エッチング時に形
成されるダイヤフラム18の長手方向の側壁が(11
1)面となる、すなわち、n型エピタキシャル層16に
対して90°の角度をなすため、圧力センサ用ダイヤフ
ラム自体の寸法精度も良好で、圧力センサの超小型化も
容易に行なうことができる。
【0016】前記実施例においては、シリコン基板をn
型、エピタキシャル層をp型としたが、本発明の圧力セ
ンサ用ダイヤフラムは、基板とエピタキシャル層が逆の
導電型であれば良く、シリコン基板をp型、エピタキシ
ャル層をn型としても、同様の効果を示すことは言うま
でもない。
【0017】前記圧力センサ用ダイヤフラムは、以下に
述べる方法で製造することができる。
【0018】結晶軸が〈110〉であるシリコン基板の
結晶面を〈111〉軸を回転軸として、所定角度傾け
て、前記結晶軸を鉛直軸と一致させ、導電型エピタキシ
ャル層形成工程に付する。すなわち、シリコン基板の結
晶面を〈111〉軸を回転軸として、所定角度傾けて、
該シリコン基板上に該シリコン基板と反対の型の導電型
エピタキシャル層を成長させるものであるが、エピタキ
シャル層の形成は、公知の方法、例えば、気相エピタキ
シャル法等を用いることができる。かくして得られたシ
リコンウエーハの該エピタキシャル層に所定の拡散処理
を行なってゲージ抵抗すなわち、拡散ゲージを形成し、
該シリコン基板の拡散ゲージと反対側の面に、該導電型
エピタキシャル層をエッチングストッパとしてエッチン
グを行なって、ダイヤフラムを形成する。エッチングの
方法として、電気化学エッチングを行なうことにより、
シリコン基板とエピタキシャル層との界面でエッチング
が停止するため、エッチング工程は1回で済み、寸法精
度が良好で、エッチングによる面荒れもないダイヤフラ
ムが形成される。このようにして圧力センサ用ダイヤフ
ラムを製造するものである。
【0019】
【発明の効果】本発明の圧力センサ用ダイヤフラムによ
れば、圧力センサの超小型化が可能で、ダイヤフラム厚
さの加工精度が良好で、エッチング面の面荒れがなく、
かつ、ウエーハ状態での歩留りが良好であるという優れ
た特徴を示す。さらに、圧力センサ用ダイヤフラムの製
造方法によれば、加工精度が良好な圧力センサ用ダイヤ
フラムを、均一で歩留り良好であり、かつ簡単な工程で
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧力センサ用ダイヤフラムの一態様を
表す概略断面図である。
【図2】本発明の圧力センサ用ダイヤフラムのウエーハ
仕様の一態様を表す概略平面図及び断面図である。
【図3】従来の圧力センサ用ダイヤフラムを示す概略断
面図である。
【符号の説明】
12 シリコンウエーハ 14 シリコン基板 16 導電型エピタキシャル層 18 ダイヤフラム 20 拡散ゲージ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定肉厚で結晶軸が面の法線方向に対し
    て所定角度傾斜した半導体シリコン単結晶基板を用い、
    該シリコン単結晶基板を前記所定角度傾斜させて前記結
    晶軸が鉛直軸と一致した状態で該シリコン基板上に該シ
    リコン基板と反対の型の導電型エピタキシャル層を所望
    の厚さに成長させ、該導電型エピタキシャル層に所定の
    拡散処理を行なってゲージ抵抗を形成し、該シリコン基
    板のゲージ抵抗と反対側の面をエッチングにより取り除
    いて得たことを特徴とする圧力センサ用ダイヤフラム。
  2. 【請求項2】 一定肉厚で結晶軸が面の法線方向に対し
    て所定角度傾斜した半導体シリコン単結晶基板を用い、 該シリコン単結晶基板を前記所定角度傾斜させて前記結
    晶軸が鉛直軸と一致した状態で該シリコン基板上に該シ
    リコン基板と反対の型の導電型エピタキシャル層を所望
    の厚さに成長させ、 該導電型エピタキシャル層に所定の拡散処理を行なって
    ゲージ抵抗を形成し、 該シリコン基板のゲージ抵抗と反対側の面を該導電型エ
    ピタキシャル層をエッチングストッパとしてエッチング
    することを特徴とする圧力センサ用ダイヤフラムの製造
    方法。
JP5094563A 1993-04-21 1993-04-21 圧力センサ用ダイヤフラム及びその製造方法 Pending JPH06307955A (ja)

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US08/229,024 US5456117A (en) 1993-04-21 1994-04-18 Pressure sensor apparatus and method of manufacturing wherein the silicon-crystal substrate of the sensor has inclined crystallographic axes and gage resistors formed in a cavity of the substrate

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