JPS6062164A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサの製造方法Info
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- JPS6062164A JPS6062164A JP58171457A JP17145783A JPS6062164A JP S6062164 A JPS6062164 A JP S6062164A JP 58171457 A JP58171457 A JP 58171457A JP 17145783 A JP17145783 A JP 17145783A JP S6062164 A JPS6062164 A JP S6062164A
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- JP
- Japan
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- substrate
- diaphragm
- thickness
- pressure sensor
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、半導体感圧抵抗素子を用いて圧力を検出す
る半導体圧力センサの製造方法に関するものである。
る半導体圧力センサの製造方法に関するものである。
一般にシリコンのピエゾ抵抗効果を利用した圧力センサ
は、第１図に示すような構造を有してＬ・る。すなわち
、第１図において、Ｎ形シリコン単結晶基板（以下単に
シリコン基板という）１の中央部に起歪ダイヤフラムと
なる肉薄部（以下シリコンダイヤフラムという）２を形
成する。起歪ダイヤフラムの受圧面３と反対の面４にＰ
形拡散ゲージ抵抗層５を形成する。このＰ形拡散ゲージ
拡散層５は大きな温度依存性があるので、この温度特性
を補償するためフルブリッジ結線され、酸化膜１０を開
口して形成した電極１１に外部とＡｕ細線あるいはＡＩ
細線６によって結線される。
は、第１図に示すような構造を有してＬ・る。すなわち
、第１図において、Ｎ形シリコン単結晶基板（以下単に
シリコン基板という）１の中央部に起歪ダイヤフラムと
なる肉薄部（以下シリコンダイヤフラムという）２を形
成する。起歪ダイヤフラムの受圧面３と反対の面４にＰ
形拡散ゲージ抵抗層５を形成する。このＰ形拡散ゲージ
拡散層５は大きな温度依存性があるので、この温度特性
を補償するためフルブリッジ結線され、酸化膜１０を開
口して形成した電極１１に外部とＡｕ細線あるいはＡＩ
細線６によって結線される。
前記のシリコンダイヤフラム２は、通常２００μｍ前後
のシリコン基板１の中央部に形成される。シリコンダイ
ヤフラム２は、第２図に示すようにシリコン基板１を化
学エツチングによりＰ形拡散ゲージ抵抗層５が形成され
る面とは反対の面より堀り込むことＫより形成し、その
厚みは検出圧力の範囲に応じて決定する。例えばＩＫｙ
／ｃｍ”までの流体圧力を検出する場合には、直径２ｍ
１１１φで板厚を４０μｍｌｃするとＩＫｙ／ｃｍ”の
流体圧力では拡散抵抗値変化は約１％となり、ＩＯＶの
直流電圧を印加すると約２００ｍＶの直流出力が得られ
る。
のシリコン基板１の中央部に形成される。シリコンダイ
ヤフラム２は、第２図に示すようにシリコン基板１を化
学エツチングによりＰ形拡散ゲージ抵抗層５が形成され
る面とは反対の面より堀り込むことＫより形成し、その
厚みは検出圧力の範囲に応じて決定する。例えばＩＫｙ
／ｃｍ”までの流体圧力を検出する場合には、直径２ｍ
１１１φで板厚を４０μｍｌｃするとＩＫｙ／ｃｍ”の
流体圧力では拡散抵抗値変化は約１％となり、ＩＯＶの
直流電圧を印加すると約２００ｍＶの直流出力が得られ
る。
このようにして作られた感圧チップは、中央部に圧力導
入孔を有するシリコンあるいはは５けい酸系の耐熱ガラ
ス（例えは、商標名パイレックス：コーニング社）等の
材料で作られた台１に低融点ガラスあるいは金属ろう材
等の接着剤８で接着固定し半導体圧力センサが構成され
る。シリコンタイヤフラム２の受圧面３１Ｃ気体または
液体等の流体圧力９（第１図）が印加されると、シリコ
ンダイヤフラム２に歪みが生じ、この歪みに応じて前記
Ｐ形拡散ゲージ抵抗層５の抵抗値が変化する。
入孔を有するシリコンあるいはは５けい酸系の耐熱ガラ
ス（例えは、商標名パイレックス：コーニング社）等の
材料で作られた台１に低融点ガラスあるいは金属ろう材
等の接着剤８で接着固定し半導体圧力センサが構成され
る。シリコンタイヤフラム２の受圧面３１Ｃ気体または
液体等の流体圧力９（第１図）が印加されると、シリコ
ンダイヤフラム２に歪みが生じ、この歪みに応じて前記
Ｐ形拡散ゲージ抵抗層５の抵抗値が変化する。
この変化をフルブリッジ結線の出方端子から電圧の変化
として読み取り、流体圧力を測定することができる。
として読み取り、流体圧力を測定することができる。
さて、以上の説明から分るように、圧力センサの感度を
決定するのはシリコン基板１に形成されたシリコンダイ
ヤフラム２の厚さである。従って、シリコンダイヤフラ
ム２を極めて精度よく加工することが肝要であるが、従
来、このシリコンダイヤフラム２は強酸系のシリコンエ
ツチング液や強アルカリ系のシリコンエツチング液でＰ
形拡散ゲージ抵抗層５とは反対の面から化学的に加工さ
れていた。この際のエツチングマスクとしては、シリコ
ン酸化膜である５ｉ０２膜が用いられる。このシリコン
酸化膜はシリコン基板１に拡散法によりＰ形拡散ゲージ
抵抗層５を形成する際に必然的にできるもので、後工程
でシリコンダイヤフラム２をＰ形拡散ゲージ抵抗層５と
は反対の面から堀り込む時には工程上非常に好都合であ
る。
決定するのはシリコン基板１に形成されたシリコンダイ
ヤフラム２の厚さである。従って、シリコンダイヤフラ
ム２を極めて精度よく加工することが肝要であるが、従
来、このシリコンダイヤフラム２は強酸系のシリコンエ
ツチング液や強アルカリ系のシリコンエツチング液でＰ
形拡散ゲージ抵抗層５とは反対の面から化学的に加工さ
れていた。この際のエツチングマスクとしては、シリコ
ン酸化膜である５ｉ０２膜が用いられる。このシリコン
酸化膜はシリコン基板１に拡散法によりＰ形拡散ゲージ
抵抗層５を形成する際に必然的にできるもので、後工程
でシリコンダイヤフラム２をＰ形拡散ゲージ抵抗層５と
は反対の面から堀り込む時には工程上非常に好都合であ
る。
しかし、この方法は次の点で難点がある。まず、第２図
に示すように第１にシリコン基板１上に生成し得る熱酸
化膜である５ｉ０２膜２１の厚みは２μｍ程度が最大で
あり、しかもこのＳｉｎ、膜２１はシリコンダイヤフラ
ム２のエツチング加工中に同時にエツチングされ薄くな
り【行くため、堀り込むことができる深さには限界が生
じ、加工可能な深さ２２は１５０μｍが最大である。も
ちろん、８ ｉ ０ を膜２１を再度生成せしめてかか
る作業を継続することも可能であるが、この場合には拡
散により、形成したＰ形拡散ゲージ抵抗層５の不純物プ
ロファイルが変化し抵抗値が初めの設定値と異なるなど
の不都合が生じるので、できる限り１回の作業で形成し
てしまうことが好ましい。従って、例えはシリコンダイ
ヤフラム２の厚みを４０μｍに設定すれは、シリコン恭
板１の拡散投入時点の厚み２３は１９０μｍとしなけれ
ばならない。シリコン基板１０口径は厚さと密接な関係
があり、１９０μｍの厚みでは作業上扱い得るシリコン
基板１０口径は５０φまでである。シリコン半導体の拡
散作業はバッチ作業であるから基板口径が大きけれは大
きい程コスト上有利であるが、以上の理由により半導体
圧力センサの製造に投入できる基板口径に制限があるた
め感圧チップの製作コストが高くなり、これが半導体圧
力センサの普及を妨げる一因となっていた〇 第２に、片面からエツチングにより堀り′込むと加工精
度が悪くなるという事実が挙げられる。これは強酸系の
エツチング液を使った場合にのみ現われ、シリコンの結
晶方向によるエツチング速度の差を利用した強アルカリ
系エツチング液を使った場合には現われない。強酸系の
エツチング液を使うとシリコンタイヤフラムの厚みに第
２図に示すように不均一性が生じる。これはエツチング
によって堀り込む深さが深くなれはなる程顕著に現われ
る現象で、従って、堀り込む深さが深くなるにつれ′Ｃ
ｓ度にバラツキが大きくなり、感圧チップの歩留り低下
の一因となる。また、シリコンダイヤフラム２の端部の
エツジ２４が丸みを帯び、これは堀り込む深さが深くな
る程顕著になる。このことはシリコンダイヤフラム２の
端部の応力が加わった場合、応力が均等に加わらないと
いう望ましくない結果をもたらし、抵抗値変化の直線性
が低下する原因となる。
に示すように第１にシリコン基板１上に生成し得る熱酸
化膜である５ｉ０２膜２１の厚みは２μｍ程度が最大で
あり、しかもこのＳｉｎ、膜２１はシリコンダイヤフラ
ム２のエツチング加工中に同時にエツチングされ薄くな
り【行くため、堀り込むことができる深さには限界が生
じ、加工可能な深さ２２は１５０μｍが最大である。も
ちろん、８ ｉ ０ を膜２１を再度生成せしめてかか
る作業を継続することも可能であるが、この場合には拡
散により、形成したＰ形拡散ゲージ抵抗層５の不純物プ
ロファイルが変化し抵抗値が初めの設定値と異なるなど
の不都合が生じるので、できる限り１回の作業で形成し
てしまうことが好ましい。従って、例えはシリコンダイ
ヤフラム２の厚みを４０μｍに設定すれは、シリコン恭
板１の拡散投入時点の厚み２３は１９０μｍとしなけれ
ばならない。シリコン基板１０口径は厚さと密接な関係
があり、１９０μｍの厚みでは作業上扱い得るシリコン
基板１０口径は５０φまでである。シリコン半導体の拡
散作業はバッチ作業であるから基板口径が大きけれは大
きい程コスト上有利であるが、以上の理由により半導体
圧力センサの製造に投入できる基板口径に制限があるた
め感圧チップの製作コストが高くなり、これが半導体圧
力センサの普及を妨げる一因となっていた〇 第２に、片面からエツチングにより堀り′込むと加工精
度が悪くなるという事実が挙げられる。これは強酸系の
エツチング液を使った場合にのみ現われ、シリコンの結
晶方向によるエツチング速度の差を利用した強アルカリ
系エツチング液を使った場合には現われない。強酸系の
エツチング液を使うとシリコンタイヤフラムの厚みに第
２図に示すように不均一性が生じる。これはエツチング
によって堀り込む深さが深くなれはなる程顕著に現われ
る現象で、従って、堀り込む深さが深くなるにつれ′Ｃ
ｓ度にバラツキが大きくなり、感圧チップの歩留り低下
の一因となる。また、シリコンダイヤフラム２の端部の
エツジ２４が丸みを帯び、これは堀り込む深さが深くな
る程顕著になる。このことはシリコンダイヤフラム２の
端部の応力が加わった場合、応力が均等に加わらないと
いう望ましくない結果をもたらし、抵抗値変化の直線性
が低下する原因となる。
この発明は、上記の点にかんがみてなされたもので、シ
リコンダイヤフラムの製作が容易にでき、製造工程中の
歩留りが良く、大量処理が可能な半導体圧力センサの製
造方法を提供するものである。
リコンダイヤフラムの製作が容易にでき、製造工程中の
歩留りが良く、大量処理が可能な半導体圧力センサの製
造方法を提供するものである。
第３図（ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例を示す概略
図で、シリコン基板１の起歪ダイヤフラムとなる肉薄部
２は第３図（ａ）のようにして形成する。
図で、シリコン基板１の起歪ダイヤフラムとなる肉薄部
２は第３図（ａ）のようにして形成する。
すなわち、まず、厚さ３００〜３５０μｍ結晶方向＜１
００＞のシリコン基板１を熱酸化により酸化し１表面に
約２μｍのＳ’ｉ０２膜３１を膜種１る。
００＞のシリコン基板１を熱酸化により酸化し１表面に
約２μｍのＳ’ｉ０２膜３１を膜種１る。
次に、ＳｉＯ，膜３１に写真食刻法によりシリコン基板
１０両面の同一位置に角形の開口部を設ける。
１０両面の同一位置に角形の開口部を設ける。
続いてこのシリコン基板１をＫＯＨ水溶液中に投入し、
シリコン基板１０両面よりエツチングし堀り込み孔３２
を形成する。シリコンダイヤフラム２の厚み３３が目的
の厚みになったらエツチングを停止し、良く水洗して酸
化膜である５ｉ０２膜３１を除去する。次いで、第３図
（ｂ）のように新しく酸化膜３４を前記シリコン基板１
に被覆し直し、通常の拡散作業により拡散ゲージ抵抗層
３５を形成する。なお、この場合、通常の写真食刻法で
は堀り込み孔３２の中に拡散ゲージ抵抗層３５を精度良
くパターニングすることはもちろん不可能であり、投影
露光器などの特殊な装置を用いなければならないことは
いうまでもない。拡散ゲージ抵抗層３５はＡＩ電極パッ
ド３６を通じて外部と接続される。
シリコン基板１０両面よりエツチングし堀り込み孔３２
を形成する。シリコンダイヤフラム２の厚み３３が目的
の厚みになったらエツチングを停止し、良く水洗して酸
化膜である５ｉ０２膜３１を除去する。次いで、第３図
（ｂ）のように新しく酸化膜３４を前記シリコン基板１
に被覆し直し、通常の拡散作業により拡散ゲージ抵抗層
３５を形成する。なお、この場合、通常の写真食刻法で
は堀り込み孔３２の中に拡散ゲージ抵抗層３５を精度良
くパターニングすることはもちろん不可能であり、投影
露光器などの特殊な装置を用いなければならないことは
いうまでもない。拡散ゲージ抵抗層３５はＡＩ電極パッ
ド３６を通じて外部と接続される。
なお、上記の実施例は堀り込み孔３２の形成に化学エツ
チング法を用いたが、これ（限らず超音波加工法や、化
学エツチング法と超音波加工法の組み合せでもよい。
チング法を用いたが、これ（限らず超音波加工法や、化
学エツチング法と超音波加工法の組み合せでもよい。
以上説明したように、この発明は、Ｎ形シリコン単結晶
基板の両面から堀り込み部を形成して起歪ダイヤフラム
となる肉薄部を形成し、次いで、前記肉薄部の一方の面
ＫＰ形拡散層を形成して外部電極と接続して半導体圧力
センサを楕成するよ５Ｋしたので、エツチングの際の堀
り込み部の掘り込み深さは従来に較べ格段と浅くなり、
かつ、肉薄部の厚みのバラツキが極めて小さくなること
から感度にバラツキのない、かつ、抵抗値変化の直線性
が向上する半導体圧力センナがＩＪＪられる利点がある
。
基板の両面から堀り込み部を形成して起歪ダイヤフラム
となる肉薄部を形成し、次いで、前記肉薄部の一方の面
ＫＰ形拡散層を形成して外部電極と接続して半導体圧力
センサを楕成するよ５Ｋしたので、エツチングの際の堀
り込み部の掘り込み深さは従来に較べ格段と浅くなり、
かつ、肉薄部の厚みのバラツキが極めて小さくなること
から感度にバラツキのない、かつ、抵抗値変化の直線性
が向上する半導体圧力センナがＩＪＪられる利点がある
。
第１図は一般的な半導体圧力センサの構造断面図、第２
図は感圧チップを強酸系エツチング液にてエツチング形
成した場合のシリコンダイヤプラムの断面図、第３図（
ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例を示す感圧チップの
工程図である。 図中、１はシリコン基板、２はシリコンダイヤフラム、
３１は５ｔ０２膜、３２は堀り込み孔、３３はシリコン
ダイヤプラムの厚み、３４は酸化膜、３５は拡散ゲージ
抵抗層、３６はＡＩ電極パッドである。 なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す・ 代理人 大老僧雄 （外２名）
図は感圧チップを強酸系エツチング液にてエツチング形
成した場合のシリコンダイヤプラムの断面図、第３図（
ａ）、（ｂ）はこの発明の一実施例を示す感圧チップの
工程図である。 図中、１はシリコン基板、２はシリコンダイヤフラム、
３１は５ｔ０２膜、３２は堀り込み孔、３３はシリコン
ダイヤプラムの厚み、３４は酸化膜、３５は拡散ゲージ
抵抗層、３６はＡＩ電極パッドである。 なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す・ 代理人 大老僧雄 （外２名）
Claims (1)
- Ｎ形シリコン単結晶基板の一方の面にＰ形の拡散層を有
し、起歪シリコンダイヤフラムとなる肉薄部の他方の面
より流体圧力を受圧する感圧シリコンチップと、この感
圧シリコンチップを固定するために中央部に圧力導入孔
を有する台とから構成される半導体圧力センサの製造方
法において、前記Ｎ形シリコン単結晶基板の両面から掘
り込み部を形成して起歪ダイヤプラムとなる肉薄部を形
成し１次いで、前記肉薄部の一方の面に前記Ｐ形の拡散
層を形成することを特徴とする半導体圧力センサの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58171457A JPS6062164A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58171457A JPS6062164A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6062164A true JPS6062164A (ja) | 1985-04-10 |
Family
ID=15923456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58171457A Pending JPS6062164A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6062164A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS638748A (ja) * | 1986-06-26 | 1988-01-14 | ゼロツクス コ−ポレ−シヨン | 多層型無定形ケイ素像形成部材 |
| JPH02120851U (ja) * | 1989-03-15 | 1990-09-28 | ||
| CN104819789A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-08-05 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种应力传感器及制作方法 |
| US9186898B2 (en) * | 2007-03-28 | 2015-11-17 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP58171457A patent/JPS6062164A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS638748A (ja) * | 1986-06-26 | 1988-01-14 | ゼロツクス コ−ポレ−シヨン | 多層型無定形ケイ素像形成部材 |
| JPH02120851U (ja) * | 1989-03-15 | 1990-09-28 | ||
| US9186898B2 (en) * | 2007-03-28 | 2015-11-17 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing piezoelectric actuator |
| CN104819789A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-08-05 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种应力传感器及制作方法 |
| CN104819789B (zh) * | 2015-02-10 | 2017-05-24 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 一种应力传感器及制作方法 |
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