JPS63307326A - 圧力センサとその製造方法 - Google Patents

圧力センサとその製造方法

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JPS63307326A
JPS63307326A JP62143651A JP14365187A JPS63307326A JP S63307326 A JPS63307326 A JP S63307326A JP 62143651 A JP62143651 A JP 62143651A JP 14365187 A JP14365187 A JP 14365187A JP S63307326 A JPS63307326 A JP S63307326A
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JP
Japan
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silicon
film
silicon dioxide
laminated
dioxide film
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JP62143651A
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English (en)
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Mikio Hashimoto
幹夫 橋本
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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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] この発明は、圧力センサとその製造方法に係り、特に検
出感度の向上および歪の低減を図った圧力センサとその
製造方法に関する。
[従来技術] 従来、圧力センサは、圧力の変化を直接機賊的な指針に
伝えて出力ずろらのや、機械的変位をインダクタンス、
キャパシタンス、抵抗などに変化させて電気信号として
出力するものなどがある。
これらは、いずれらアナログ信号を扱った乙のでありデ
ィジタル信号を直接出力するものではなかった。
ところで、最近、弾性表面波(S AW:S urfa
ceA corstic Wave)を利用して圧力の
変化を周波数の変化として出力する圧力センサ(以下S
AW圧カセンサと称する)が案出されている。
第5図は、従来のSAW圧カセンサ本体の構造を示す断
面図である。この図において、lはリング状に形成され
、厚みを有する基台(例えばガラス)であり、この基台
lの上端面には圧電性基板(単結晶からなる)2が取り
付けられている。圧電性基板2の上端面には、SAW遅
延線3.4が形成されている。SAW遅延線3.4は圧
電性基板2の上端面にアルミニウム(A12)を薄膜形
成法(例えば蒸着法)によって形成したのち、このアル
ミニウムの薄膜をホトリソグラフィ技術を用いて形成し
たものである。ここで、第6図は第5図のA゛−A’線
の断面図である。この図においてSAW遅延線3は、ア
ルミニウム薄膜を櫛型に加工したもので、複数個所定の
ピッチPで平行に並べ、各一端を共通接続した信号側3
aと、この信号側の各導線間に非接触に並べられ、各一
端を共通接続した接地側3bとから構成されている。こ
のように構成されたSAW遅延線3は櫛型電極と呼ばれ
ろ。また、SAW遅延線4もSAW遅延線3と同様に構
成されている。また、第5図に示す如くSAW遅延線3
.4は距離eを隔てている。
次に、5はケーシングであり、円筒状に形成されている
。このケーシング5の底面には、その軸心を共通にして
検出管6が連通されている。また、ケーシング5の内部
には、その軸心を共通にして基台lが取り付けられてい
る。
このように構成されたSAW圧カセンサ本体において、
このセンサ本体のSAW遅延線3.4の信号側に増幅器
(図示しない)を介装することでSAW圧カセンサが構
成される。このSAW圧カセンサにおいて、矢印B(第
5図)方向から検出管6を介して液体または気体の圧力
が圧電性基板2に加わると、圧電性基板2に機械的な変
位が生じ、この変位の大きさに応じた周波数が増幅器の
出力端から得られる。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、従来のSAW圧力センサには次のような問題
がある。先ず、圧電性基板2を薄く形成することができ
ないため微少な圧力を検出することができない。これは
次のような理由からである。
すなわち、圧′wi性基板2を機械的加工によって削り
とって薄くするときに高度な加工技術を必要とし、その
制御が難しく、均一な品質の圧電性基板2を得るために
は、ある程度の厚さを必要とすることと、基台l上に取
り付けるために一定以上の剛性をもたせろ必要があるか
らである。
次に、圧電性基板2と基台lとの熱膨張系数の違いから
圧電性基板2に歪が発生しやすく、センサとしての信頼
性に欠ける。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、微
少な圧力の検出ができるとともに歪の発生を減少させる
ことができる圧力センサと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] この発明は、結晶方位(110)のシリコンウェハと、
このシリコンウニノーの一方の面上に積層される第1の
二酸化珪素膜と、この第1の二酸化珪素膜上に形成され
る窒化珪素膜と、前記シリコンウェハの他方の面上に積
層される第2の二酸化珪素膜と、この第2の二酸化珪素
膜上に櫛型電極が対向して成る電極部が2個所定距離隔
てて形成される電極膜と、この電極膜上に積層される圧
電性薄膜と、前記窒化珪素膜から前記第2の二酸化珪素
膜までに至る間に設けられる切欠部とを具備してなるこ
とを特徴とする。
[作用] この発明によれば、シリコンウェハを基板材料とし、こ
の基板材料にシリコンの異方性エツチング処理を施して
感圧ダイアフラム一体型のSAW圧力センサを形成する
。すなわち、シリコンウェハの一方の面に二酸化珪素膜
−櫛型電極−圧電性薄膜の順で感圧ダイアフラムを形成
する。そして、シリコンウェハの他方の面から該一方の
面に向けてシリコンの異方性エツチングを施してダイア
フラムを形成する。これにより、感圧部とこの感圧部を
固定する基台とが一体形成されたSAW圧力センサを形
成することができる。この結果、異種の材料によって構
成する場合に各材料の熱膨張系数の違いから接合部分で
生じる歪の発生がないため信頼性か向上する。また、感
圧部は酸化膜、圧電性薄膜とからなる非常に薄い膜厚で
形成されるので微少な圧力の検出が可能となる。
し実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第2図は第
1図のA−A線の断面図である。
第1図において、8は結晶方位(110)のシリコンウ
ェハであり、厚さは200μnunである。シリコンウ
ェハ8の図面上方の面には二酸化珪素(SIO2)膜9
aが積層され、シリコンウェハ\8の図面下方の面には
二酸化珪素膜9bが積層されている。
この場合、二酸化珪素膜9a、9bの各膜厚はおよそ3
000人である。二酸化珪素膜9aの上面にはSAW遅
延線12.13が形成されている。このSAW遅延線1
2.13は、第5図において述べたSAW遅延線3.4
と同様の構成であるので、その説明を省略する。また、
SAW遅延線12.13を二酸化珪素膜9a上に形成さ
せる位置については後程詳述する。14は圧電性薄膜で
あり、酸化亜鉛(Z no )をSAW遅延線12.1
3を覆うように、同遅延線12.13上に積層されてい
る。この場合、膜厚は電気機械結合効率を考慮して決定
されるもので、通常、2〜5μmmとしている。IO窒
化珪素(S43N−)膜であり、二酸化珪素膜9bの下
面に積層されている。16は感圧ダイアフラムである。
この感圧ダイアフラム16は第2図に示す如く、シリコ
ンウェハ8の上面に積;2された二酸化珪素膜9aの下
面から窒化珪素膜10に至る間に形成された切欠から成
る。この場合、窒化珪素膜10から二酸化珪素膜9aへ
至る間の切欠の深さを変えることで、感圧ダイアフラム
16の感圧レンジを変えることができる。上記したシリ
コンウェハ8、二酸化珪素膜9a、9b1SAW遅延線
12、I3、圧電性薄@14および窒化珪素膜10はセ
ンサ本体SEを構成する。
次に、17は増幅器であり、入力端がSAW遅延線12
の信号側12aに接続されており、出力端がSAW遅延
線13の信号側13aに接続されている。この増幅器1
7とセンサ本体SEはSAW圧力センサを構成する。
次に、SAW圧力センサの機能について説明する。セン
サ本体SEは増幅器15に対して帰還回路として作用す
る。この場合の発振周波数f。はr、=vo/L(n−
φe/ 2 rt ) −−■(Vo:SAWの伝播速
度、σ:SAW遅延線12.13間の距離、n:定数(
30〜1000)、φe:増幅器15での位相量) と表すことができる。また、発振周波数f。はr、 #
2 P / vo−−■ (P:SAW遅延線12.13の櫛型のピッチ)とも表
すことができる。
以上のように、SAW圧カセンサに矢印C方向(第2図
)から液体または気体の圧力が加わることによって感圧
ダイアフラム16がたわみ、S A ’vV遅延線12
.13間の距HQおよびピッチPが変化する。これによ
り増幅器17の出力信号の周波数「。が変化する。
次に、上記SAW遅延線12.13を二酸化珪素膜9a
上に形成させる最適な位置について説明1″る。
第3図はSAW圧力センサの断面概略図である。
この図において、感圧ダイアフラム16に液体または気
体の圧力が加わると、感圧ダイアフラム16にたわみが
生じてSAW遅延線12.13間の距離Q、ピッチPが
変化し、上記■、■式からSAW圧カセンサの発振周波
数f。が変化することは上述したとおりである。そこで
、SAW遅延線12.13の配置は微少な圧力の変化を
捕らえることができるように、ダイアフラム16のたわ
みによる距離Q、ピッチPの変化を積極的に受ける位置
、すなわち、ダイアプラム16のエツジ部分にすればよ
い。
次に、第4図を参照して同実施例のSAW圧力センザ本
体の製造工程について説明する。
まず、シリコンウェハ8の両面に熱酸化処理を行い、二
酸化珪素膜9a、9bを形成する(同図(イ)、(ロ)
)。次に、二酸化珪素膜9bの下面にシリコンエツチン
グのために窒化珪素膜10を、常圧CvD (chem
ical vapor deposition)法、プ
ラズマCVD法などにより形成する(同図(ハ乃。次に
、二酸化珪素膜9aの上面にアルミニウム膜11を蒸着
法、その他の薄膜形成法により形成する(同図(ニ))
。次に、アルミニウム膜ttをホトリソグラフィ技術を
用いて、SAW遅延線!2.13を形成する(同図(ホ
))。次いで、SAW遅延線12、I3を覆うように高
周波スパッタ法を用いて圧電性薄膜14を形成する(同
図(へ))。次に、シリコンウェハ8に感圧ダイアフラ
ムの加工を行うため、窒化珪素*10に円形(もしくは
角形)のダイアフラムパターン15をホトリソグラフィ
技術を用いて形成する(同図(ト))。次いで、ダイア
プラムパターン15に沿って窒化珪素膜IOをプラズマ
エツチング法により除去し、更にフッ化水素酸系の酸化
シリコンエツチング液を用いて二酸化珪素膜9bを除去
する。これにより、シリコンウェハ8の表面が現れる(
同図(チ))。次に、二酸化珪素膜9bを除去し、シリ
コンウェハ8のが現れた部分を水酸化カリウム(KOH
)等のシリコンの異方性エツチング液を用いて同部分の
シリコンウェハ8を除去し、感圧ダイアフラム16を形
成する(同図(す))。この場合、シリコンのエツチン
グ量を制御することにより、シリコンウェハ8の除去量
を制御することができる。以上の製造工程により本発明
の一実施例であるSAW圧カセンサのセンザ本体SEが
構成される。
なお、SAW圧カセンサは圧力の検出以外にもダイアフ
ラムの構造を変更することで、例えば加速度センサ、歪
ゲージ、フォースセンサなどに利用できる。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、シリコンの異方
性エツチング技術を利用して、感圧ダイアフラム部分の
シリコンを除去し、二酸化珪素膜、圧電性薄膜とからな
る非常に薄い感圧ダイアフラムを形成したので、微少な
圧力を検出することができる。また、シリコンウェハか
ら一体形成して作成したので、異種の材料同士を結合さ
せて作成した場合と比較して、熱膨張係数の違いから生
じる歪の発生が無い。また、SAW遅延線を感圧ダイア
フラムのエツジ部分に形成したので、高い検出感度が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第2図は第
1図のA−A線の断面図、第3図は同実施例の構造の特
徴の一部を説明するための図、第4図は同実施例の製造
工程を説明するための図、第5図は従来のSAW圧力セ
ンサの構造を示す断面図、第6図は第5図のA’−A’
線の断面図である。 8・・・・・・シリコンウェハ、9a19b・・・・・
・二酸化珪素膜、10・・・・・・窒化珪素膜、12.
13・・・・・・SAW遅延線(N極膜)、14・・・
・・・圧電性薄膜、16・・・・・・感圧ダイアフラム
(切欠部)。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶方位(110)のシリコンウエハと、このシ
    リコンウエハの一方の面上に積層される第1の二酸化珪
    素膜と、この第1の二酸化珪素膜上に形成される窒化珪
    素膜と、前記シリコンウエハの他方の面上に積層される
    第2の二酸化珪素膜と、この第2の二酸化珪素膜上に櫛
    型電極が対向して成る電極部が2個所定距離隔てて形成
    される電極膜と、この電極膜上に積層される圧電性薄膜
    と、前記窒化珪素膜から前記第2の二酸化珪素膜までに
    至る間に設けられる切欠部とを具備してなることを特徴
    とする圧力センサ。
  2. (2)結晶方位(110)のシリコンウエハの両面に二
    酸化珪素膜を積層し、次に、前記二酸化珪素膜の一方の
    側の面上に窒化珪素膜を積層し、次に、前記二酸化珪素
    膜の他方の側の面上に櫛型電極が対向して成る電極部を
    2個所定の距離を隔てて形成し、次に、前記各電極部を
    亙って圧電性薄膜を積層し、次に、前記窒化珪素膜の所
    定の部分を除去し、次に、前記窒化珪素膜を除去した部
    分に露出する前記二酸化珪素膜を除去し、次に、前記二
    酸化珪素膜を除去した部分に露出する部分の前記シリコ
    ンウエハを異方性エッチング処理によって前記二酸化珪
    素膜の他方の側に至るまでの間を除去したことを特徴と
    する圧力センサの製造方法。
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