JPH07209121A - 圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的強度に優れ、簡単に作成することがで
きる圧力センサを提供する。 【構成】 角枠状のフレーム２のほぼ中央にダイアフラ
ム３を配設し、その下面のほぼ中央に、側面５ａがシリ
コンウエハの｛４１１｝面で構成されほぼ等辺の逆八角
錐台状をしたメサ部５を配設する。｛１００｝面シリコ
ンウエハ１０に、マスク１１の４辺がそれぞれ＜１１０
＞方位に平行となるようにほぼ正方形状のマスク１１を
施し、異方性エッチングによりフレーム２やダイアフラ
ム３及びメサ部５を一体として作成する。 【効果】 ダイアフラム３に発生する応力集中を緩和
し、機械的強度を向上させることができる。また、単純
なマスクパターンにより簡単にメサ部５を形成すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力センサ及びその製造
方法に関する。具体的には、圧力センサのメサ部の形状
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧力センサ１の断面図を図１に示
す。圧力センサ１は、角枠状をしたフレーム２のほぼ中
央に薄膜状のダイアフラム３が配設されており、フレー
ム２上にはカバー６が重ねられている。カバー６の内面
にはダイアフラム３の厚さ方向に揺動自在に振動できる
よう窪み４が形成されている。また、圧力センサ１の感
度の直線性を向上させるため、ダイアフラム３の下面に
は角錐台状のメサ部５が形成されている。これらダイア
フラム３やメサ部５及びフレーム２はシリコンウエハに
異方性エッチングが施されて一体として形成されてお
り、通常、図２に示すように最もエッチング速度の遅い
｛１１１｝面がメサ部５の側面５ａとなるようにエッチ
ングが施されて、底面５ｂが矩形状となったメサ部５が
形成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧力センサ１にあっては｛１００｝面シリコンウエハの
｛１１１｝面を用いてメサ部５の４つの側面５ａを形成
していたため、エッチング速度の速い結晶面例えば｛４
１１｝面５ｃ（図の斜線領域）がそのメサ部５の４隅に
表われて図３に示すような角落ち９を生じていた。この
角落ち９を防ぐため、圧力センサ１を作成するにあた
り、シリコンウエハ８の｛１００｝面に図４に示すよう
な矩形状をしたパターンの各４隅にさらに小さな矩形パ
ターンを重ねるように補正したマスク７を施さなければ
ならず、圧力センサ１の製造工程は繁雑なものとなって
いた。

【０００４】また、メサ部５の形状が矩形となっていた
ため、ダイアフラム３が変位した場合にはメサ部５の４
隅に応力集中が生じ、機械的特性が悪くなるという問題
点もあった。

【０００５】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、エッチング
速度の速い｛４１１｝面を利用してメサ部の形状を八角
形または十二角形とすることにより、上記問題点を解決
することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の圧力セン
サは、薄膜状の弾性部に剛性部を設けた検知部を検知基
板に支持させた圧力センサにおいて、前記剛性部の平面
構造が八角形で、前記剛性部がシリコンの｛４１１｝面
からなる８つの側面で囲まれていることを特徴としてい
る。

【０００７】また、本発明の第１の圧力センサの製造方
法は、上記圧力センサを製造するための方法であって、
４辺が＜１１０＞方位に平行な辺からなる矩形状のマス
クを形成した｛１００｝面シリコンウエハに異方性エッ
チングを施し、｛４１１｝面からなる８つの側面のみで
囲まれた剛性部を形成することを特徴としている。

【０００８】本発明の第２の圧力センサは、薄膜状の弾
性部に剛性部を設けた検知部を検知基板に支持させた圧
力センサにおいて、前記剛性部の平面構造が十二角形
で、前記剛性部がシリコンの｛４１１｝面からなる８つ
の側面及びシリコンの｛１１１｝面からなる４つの側面
で囲まれていることを特徴としている。

【０００９】また、本発明の第２の圧力センサの製造方
法は、上記第２の圧力センサを製造するための方法であ
って、４辺が＜１１０＞方位に平行な辺からなる矩形状
のマスクを形成した｛１００｝面シリコンウエハに異方
性エッチングを施し、｛４１１｝面からなる８つの側面
及び｛１１１｝面からなる側面で囲まれた剛性部を形成
することを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明の圧力センサにあっては、シリコンの
｛４１１｝面を使って剛性部の側面を構成しているの
で、平面構造が八角形若しくは十二角形の剛性部を薄膜
部に支持させることができる。このように平面構造が八
角形若しくは十二角形の剛性部を支持させているので、
薄膜部の変位に伴って発生する応力集中を緩和すること
ができ、薄膜部の機械的強度を向上させることができ
る。

【００１１】また、剛性部はシリコンの｛４１１｝面か
らなる８つの側面若しくは｛４１１｝面からなる８つの
側面及び｛１１１｝面からなる４つの側面で囲まれてい
るので、剛性部の側面に角落ちが発生することがなく剛
性部を精度よく作成することができる。

【００１２】このためには、４辺が＜１１０＞方位に平
行な辺からなる矩形状のマスクを形成した｛１００｝面
シリコンウエハに｛１１１｝面が表われなくなるまで異
方性エッチングを施すと｛４１１｝面からなる８つの側
面で囲まれた剛性部を簡単に作成することができる。ま
た、｛１１１｝面が表われている状態でエッチングを止
めると、｛４１１｝面からなる８つの側面と｛１１１｝
面からなる４つの側面で囲まれた剛性部を簡単に形成す
ることができる。また、このときエッチング速度の最も
速いシリコンウエハの｛４１１｝面を用いて剛性部が形
成されることになるので、補正パターンを施す必要がな
く製造工程を簡略化することができる。

【００１３】

【実施例】図５に本発明による圧力センサの底面図を示
す。圧力センサ２１は、図１に示した圧力センサ１と同
じ構造をしており、角枠状をしたフレーム２のほぼ中央
に矩形状をしたダイアフラム３が配設され、ダイアフラ
ム３の下面ほぼ中央に、底面５ｂが八角形でほぼ等辺状
の逆八角錐台をしたメサ部５が設けられている。ダイア
フラム３やメサ部５及びフレーム２は｛１００｝面シリ
コンウエハより一体として形成されていて、８つあるメ
サ部５の側面５ａはそれぞれ｛４１１｝面となってい
る。

【００１４】次に、この八角形のメサ部５の作成方法に
ついて説明する。まず、｛１００｝面シリコンウエハ１
０のメサ部５を形成させる領域に、図６に示すような正
方形状をした矩形パターンを有するマスク１１を、マス
ク１１の４つの辺がそれぞれ＜１１０＞方位に平行とな
るように形成し、４５ｗｔ％の水酸化カリウム溶液を用
いて異方性エッチングを施す。このとき、シリコンウエ
ハ１０の｛１１１｝面のエッチング速度が遅いために、
図７に示すようにシリコンウエハ１０の｛１１０｝面で
作られたマスク１１の４つの各コーナ１１ａにおいて
は、｛１１０｝面に対し３０．９６゜の角度でもって
｛４１１｝面がエッチされ、マスク１１の４辺には｛１
１１｝面が表われる。こうして矩形状にマスクされた
｛１００｝面シリコンウエハ１０にあっては、各コーナ
ー１１ａにおいて図６の破線イ→破線ロ→破線ハと示す
ような｛４１１｝面による角落３９が次第に表われ、最
初表われていた｛１１１｝面は次第に小さくなり、つい
には｛１１１｝面は表われないようになる。このように
して実線ア→実線イ→実線ウというようにメサ部５が形
成され、｛４１１｝面からなる８つの側面５ａのみに囲
まれたメサ部５が形成される。したがって、作成するダ
イアフラム３の大きさを考慮して所定の大きさのマスク
１１を施し、所望する大きさとなるまで所定時間エッチ
ングを行なうと、図５に示すような底面５ｂが八角形を
したメサ部５を形成することができ、その８つの側面５
ａはそれぞれ｛４１１｝面で構成することができる。因
みに｛１００｝面及び｛４１１｝面のエッチング速度を
測定したところ、｛４１１｝面のエッチング速度は｛１
００｝面のエッチング速度の１．２倍程度であった。

【００１５】このようにして作成された圧力センサ２１
にあっては、メサ部５が八角錐台状となるため、四角錐
台状のメサ部５を配設した場合に比較して、ダイアフラ
ム３の変位に伴って発生する応力集中が緩和され、機械
的強度を向上させることができる。また、従来例のよう
に補正したパターンを持つマスク７によらず、単純な矩
形状をしたマスク１１によって簡単にメサ部５及びダイ
アフラム３を形成することができる。

【００１６】また、本実施例のようにマスク１１を正方
形状とすれば、ほぼ等辺八角錐台のメサ部５が形成され
メサ部５をより円形に近づけることができるので、応力
集中がメサ部５の周辺部に均等に分散されることにな
る。

【００１７】図８には、本発明の別な実施例である圧力
センサ３１の底面図を示す。この圧力センサ３１のメサ
部５は、底面５ｂが十二角形をしたほぼ等辺の逆十二角
錐台状に形成されており、その側面５ａは８つの｛４１
１｝面と４つの｛１１１｝面（図中の斜線領域）とから
構成されている。このメサ部５も第１の実施例と同様
に、｛１００｝面のシリコンウエハ１０を用いて、ほぼ
正方形状をしたマスク１１の４辺が＜１１０＞方位に平
行となるようにマスクしたのち異方性エッチングを施し
て作成することができる。このとき、例えば図６の実線
イに示したように｛１１１｝面が残っている状態でエッ
チングを止めると、十二角錐台状のメサ部５を形成する
ことができる。したがって、ダイアフラム３の大きさを
考慮して所定の大きさのマスク１１を施して異方性エッ
チングを施せば所望する大きさのメサ部５を簡単に作成
することができる。また、図６から分かるように第１の
実施例とほぼ同じ大きさのメサ部５を形成する場合に
は、図６に示したマスク１１よりも小さいマスクを施せ
ばよい。

【００１８】このように、底面５ｂが十二角形をしたメ
サ部５とすることにより、ダイアフラム３の変位によっ
て発生する応力集中はさらに緩和され、よりダイアフラ
ム３の機械的強度を高めることができる。また、本実施
例のように正方形状のマスク１１を施せば、メサ部５を
ほぼ等辺の十二角錐台とすることができ、メサ部５をよ
り一層円形に近くすることができる。また、第１の実施
例と同様に、簡単な形状（矩形状）のマスクを施すだけ
でよいので、製造工程が複雑になることもない。

【００１９】

【発明の効果】本発明の圧力センサにおいては、シリコ
ン｛４１１｝面を使って剛性部の側面を構成しているの
で、平面構造が八角形または十二角形をした剛性部を形
成することができる。このため、薄膜部の変位により発
生する応力集中を緩和でき、機械的強度を向上させるこ
とができる。また、剛性部には角落ちがなく、精度よく
剛性部を形成することができる。

【００２０】これらの剛性部は、４辺がシリコンの＜１
１０＞方位に平行な辺からなる矩形状のマスクを形成し
た｛１００｝面シリコンウエハに異方性エッチングを施
すことによって、簡単に剛性部を形成することができ
る。また、このとき、複雑な補正パターンをマスクに施
す必要がないので、製造工程を簡略化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の圧力センサを示す断面図である。

【図２】同上の圧力センサを示す底面図である。

【図３】同上のメサ部を一部破断した拡大図である。

【図４】同上の圧力センサの作成に用いるマスクパター
ンを示す図である。

【図５】本発明の一実施例である圧力センサを示す底面
図である。

【図６】同上の圧力センサのメサ部が形成される様子を
示す説明図である。

【図７】異方性エッチングにより｛１００｝面シリコン
ウエハに｛４１１｝面が表われる様子を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の別な実施例である圧力センサを示す底
面図である。

【符号の説明】

２ フレーム ３ ダイアフラム ５ａ メサ部の側面 ５ｂ メサ部の底面 １１ マスク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜状の弾性部に剛性部を設けた検知部
   を検知基板に支持させた圧力センサにおいて、 前記剛性部の平面構造が八角形で、前記剛性部がシリコ
   ンの｛４１１｝面からなる８つの側面で囲まれているこ
   とを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 薄膜状の弾性部に剛性部を設けた検知部
   を検知基板に支持させた圧力センサにおいて、 前記剛性部の平面構造が十二角形で、前記剛性部がシリ
   コンの｛４１１｝面からなる８つの側面及びシリコンの
   ｛１１１｝面からなる４つの側面で囲まれていることを
   特徴とする圧力センサ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の圧力センサを製造する
   ための方法であって、 ４辺が＜１１０＞方位に平行な辺からなる矩形状のマス
   クを形成した｛１００｝面シリコンウエハに異方性エッ
   チングを施し、｛４１１｝面からなる８つの側面のみで
   囲まれた剛性部を形成することを特徴とする圧力センサ
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の圧力センサを製造する
   ための方法であって、 ４辺が＜１１０＞方位に平行な辺からなる矩形状のマス
   クを形成した｛１００｝面シリコンウエハに異方性エッ
   チングを施し、｛４１１｝面からなる８つの側面及び
   ｛１１１｝面からなる４つの側面で囲まれた剛性部を形
   成することを特徴とする圧力センサの製造方法。