JP2003332586A - External force sensor and its manufacturing method - Google Patents

External force sensor and its manufacturing method

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JP2003332586A
JP2003332586A JP2002137210A JP2002137210A JP2003332586A JP 2003332586 A JP2003332586 A JP 2003332586A JP 2002137210 A JP2002137210 A JP 2002137210A JP 2002137210 A JP2002137210 A JP 2002137210A JP 2003332586 A JP2003332586 A JP 2003332586A
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JP
Japan
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etching stopper
insulating layer
etching
layer
cavity
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Application number
JP2002137210A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Kusuyama
幸一 楠山
Masao Tsukada
正夫 塚田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Unisia Automotive Ltd
Original Assignee
Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Unisia Automotive Ltd filed Critical Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a diaphragm accurately and efficiently by providing a frame- like etching stopper in an insulating layer of an SOI substrate and forming a cavity inside thereof. <P>SOLUTION: A frame-like etching stopper 7 is provided in the SOI substrate 2 using a material not corroded with etching liquid for the insulating layer 4 and a piezoelectric resistive element 8 is provided at a part of an active layer 5 inside the etching stopper 7. On the other hand, a cavity 11 is formed inside the etching stopper 7 by etching the insulating layer 4 through a through hole 10 of a supporting layer 3 so that a part of the active layer 5 above the cavity 11 serves as the diaphragm 12. Since the shape of the cavity 11 can be formed accurately at the time of etching the insulating layer 4 without controlling a etching time or the like, an error in the characteristic of the pressure sensor 1 due to the variation of the shape of the diaphragm 12 can be prevented from occurring. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばSOI基板
に設けられた薄肉部(ダイヤフラム部)の撓み変形を利
用して圧力、荷重、振動等の外力を検出するのに好適に
用いられる外力センサ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an external force sensor suitably used for detecting an external force such as pressure, load, vibration or the like by utilizing flexural deformation of a thin portion (diaphragm portion) provided on an SOI substrate. And a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、外力センサとしては、例えばシ
リコン基板が外力により撓み変形するときの撓み変形量
をピエゾ抵抗等によって検出するものがあり、このよう
な外力センサとしては、SOI基板(Silicon
On Insulator)を用いた半導体型の圧力セ
ンサが知られている(例えば、特開2001−3049
95号公報等)。
2. Description of the Related Art Generally, as an external force sensor, there is an external force sensor that detects a flexural deformation amount when a silicon substrate is flexibly deformed by an external force, for example, by using a piezoresistor. As such an external force sensor, an SOI substrate (Silicon) is used.
A semiconductor type pressure sensor using an On Insulator is known (for example, JP 2001-3049 A).
95, etc.).

【0003】この種の従来技術による圧力センサは、例
えばSOI基板のうち支持層と活性層とが単結晶のシリ
コン材料等により形成され、これらの2層間に挟まれた
絶縁層は、酸化シリコン等の絶縁性材料によって形成さ
れている。そして、SOI基板の絶縁層には、支持層と
活性層との間を水平方向に延びる偏平な空洞が設けられ
ている。この場合、絶縁層の空洞は、支持層に設けられ
た貫通孔等を介して絶縁層にエッチング加工を施し、絶
縁層の一部を所定の範囲内で除去することにより形成さ
れているものである。
In this type of conventional pressure sensor, for example, the support layer and the active layer of the SOI substrate are formed of a single crystal silicon material, and the insulating layer sandwiched between these two layers is silicon oxide or the like. Is formed of an insulating material. The insulating layer of the SOI substrate is provided with a flat cavity extending horizontally between the support layer and the active layer. In this case, the cavity of the insulating layer is formed by etching the insulating layer through a through hole or the like provided in the support layer and removing a part of the insulating layer within a predetermined range. is there.

【0004】これにより、活性層は、空洞の表面側に位
置する部位が基板全体の板厚と比較して薄肉なダイヤフ
ラム部となり、このダイヤフラム部は、外部から加わる
圧力によって撓み変形する構成となっている。また、ダ
イヤフラム部には、その撓み変形量を圧力として検出す
るピエゾ抵抗等の撓み検出素子が設けられている。
As a result, in the active layer, a portion of the active layer located on the surface side of the cavity is a thin-walled diaphragm portion as compared with the thickness of the entire substrate, and the diaphragm portion is flexibly deformed by pressure applied from the outside. ing. Further, the diaphragm portion is provided with a flexure detection element such as a piezoresistor that detects the flexural deformation amount as pressure.

【0005】ここで、SOI基板にエッチング加工を施
して空洞を形成するときには、例えば単結晶のシリコン
材料等からなる支持層と活性層とを浸食せず、酸化シリ
コン等からなる絶縁層だけを浸食するようなエッチング
液を用意する。そして、このエッチング液を支持層の貫
通孔を介して絶縁層に接触させ、絶縁層だけを選択的に
除去することにより、空洞を形成するものである。
Here, when the SOI substrate is subjected to etching to form a cavity, for example, the support layer made of a single crystal silicon material or the like and the active layer are not eroded, but only the insulating layer made of silicon oxide or the like is eroded. Prepare an etching solution that does this. Then, the etching liquid is brought into contact with the insulating layer through the through hole of the supporting layer, and only the insulating layer is selectively removed to form a cavity.

【0006】この場合、絶縁層の空洞は、エッチング液
と絶縁層との接触時間(エッチング時間)が長いほど広
い範囲に形成されるから、ダイヤフラム部の面積はエッ
チング時間が長いほど大きくなる。このため、従来技術
では、絶縁層のエッチング時間等を適切に設定すること
により、ダイヤフラム部を所定の大きさに形成するよう
にしている。
In this case, the cavity of the insulating layer is formed in a wider range as the contact time (etching time) between the etching liquid and the insulating layer is longer, and therefore the area of the diaphragm portion is larger as the etching time is longer. Therefore, in the conventional technique, the diaphragm portion is formed to have a predetermined size by appropriately setting the etching time of the insulating layer and the like.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、例えば絶縁層のエッチング時間等に応じて
ダイヤフラム部を所定の大きさに形成する構成としてい
る。しかし、絶縁層をエッチング加工するときには、例
えばエッチング液の種類、濃度、温度等の条件によって
エッチングの速度が変化し易い。また、これらの条件を
一定に保持したとしても、絶縁層が徐々に浸食されて空
洞が広がるときには、例えば絶縁層の溶解物を多量に含
んだ活性の低いエッチング液等が偏平な空洞内に滞留す
ることにより、エッチングの速度が不安定となることが
ある。
By the way, in the above-mentioned conventional technique, the diaphragm portion is formed in a predetermined size according to, for example, the etching time of the insulating layer. However, when etching the insulating layer, the etching rate is likely to change depending on conditions such as the type, concentration and temperature of the etching solution. Even if these conditions are kept constant, when the insulating layer is gradually eroded and the cavity expands, for example, an inactive etching solution containing a large amount of the dissolved material of the insulating layer stays in the flat cavity. By doing so, the etching rate may become unstable.

【0008】このため、従来技術では、絶縁層のエッチ
ング時間を適切に設定したとしても、エッチングの速度
を正確に制御するのが難しいため、例えばダイヤフラム
部の大きさ、形状等にばらつきが生じ易くなり、ダイヤ
フラム部に加わる圧力と撓み変形量との関係(センサの
特性)が設計上の基準特性等から外れることがあり、セ
ンサの検出精度や信頼性が低下するという問題がある。
Therefore, in the prior art, even if the etching time of the insulating layer is properly set, it is difficult to control the etching rate accurately, and therefore, for example, the size and shape of the diaphragm portion are likely to vary. Therefore, the relationship between the pressure applied to the diaphragm portion and the amount of flexural deformation (sensor characteristics) may deviate from the design reference characteristics or the like, and there is a problem that the detection accuracy or reliability of the sensor decreases.

【0009】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、SOI基板の絶縁層を
エッチング加工して薄肉部を形成するときに、その大き
さ、形状等を正確に形成でき、検出精度や信頼性を向上
できるようにした外力センサ及びその製造方法を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to control the size, shape, etc. of an insulating layer of an SOI substrate when the thin portion is formed by etching. An object of the present invention is to provide an external force sensor that can be accurately formed and can improve detection accuracy and reliability, and a manufacturing method thereof.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項1の発明に係る外力センサは、シリコン材
料からなる支持層と活性層との間に絶縁層を挟んで形成
した3層からなるSOI基板と、該SOI基板の3層の
うち少なくとも絶縁層に設けられ前記絶縁層と異なる材
料を用いて枠状に形成されたエッチングストッパと、該
エッチングストッパの内側に対応する位置で前記活性層
に設けられた撓み検出素子と、前記エッチングストッパ
の内側に対応する位置で前記支持層に貫通して形成され
た貫通孔と、前記絶縁層のうち前記エッチングストッパ
の内側に位置する部位を該貫通孔を介してエッチング加
工することにより形成された空洞と、前記活性層のうち
該空洞に対応する部位を用いて形成され外力により撓み
変形する薄肉部とからなる構成を採用している。
In order to solve the above-mentioned problems, an external force sensor according to the invention of claim 1 is a three-layer structure in which an insulating layer is sandwiched between a support layer made of a silicon material and an active layer. The SOI substrate, the etching stopper formed in a frame shape using a material different from the insulating layer and provided in at least the insulating layer among the three layers of the SOI substrate, and the etching stopper at a position corresponding to the inside of the etching stopper. A bending detection element provided in the active layer, a through hole formed through the support layer at a position corresponding to the inside of the etching stopper, and a portion of the insulating layer located inside the etching stopper. A cavity formed by etching through the through hole, and a thin-walled portion formed by using a portion of the active layer corresponding to the cavity and flexibly deformed by an external force. It has adopted the Ranaru configuration.

【0011】このように構成することにより、外力セン
サを製造するときには、例えばSOI基板の絶縁層等に
エッチングストッパを予め形成しておくことができ、こ
のエッチングストッパによって絶縁層のうち空洞となる
所定の部位を取囲むことができる。そして、絶縁層のう
ちエッチングストッパの内側部位にエッチング液を接触
させることにより、この内側部位だけを選択的に浸食で
き、エッチング液による浸食がエッチングストッパの外
側に広がるのを防止することができる。
With this structure, when the external force sensor is manufactured, an etching stopper can be formed in advance on, for example, the insulating layer of the SOI substrate, and the etching stopper forms a cavity in the insulating layer. Can surround the site. Then, by bringing the etching liquid into contact with the inside portion of the etching stopper in the insulating layer, only this inside portion can be selectively eroded, and the erosion due to the etching liquid can be prevented from spreading to the outside of the etching stopper.

【0012】従って、絶縁層に空洞を形成するときに
は、単にエッチング液を絶縁層に接触させておくだけ
で、エッチングストッパにより空洞の位置及び形状を正
確に設定でき、薄肉部を高い寸法精度で形成することが
できる。
Therefore, when the cavity is formed in the insulating layer, the position and shape of the cavity can be accurately set by the etching stopper by simply bringing the etching solution into contact with the insulating layer, and the thin portion is formed with high dimensional accuracy. can do.

【0013】また、請求項2の発明によると、SOI基
板には、薄肉部を取囲む位置で活性層と絶縁層とを板厚
方向に貫通して支持層に達する枠状凹溝を設け、エッチ
ングストッパは該枠状凹溝内に配設する構成としてい
る。
According to the second aspect of the present invention, the SOI substrate is provided with a frame-shaped groove that penetrates the active layer and the insulating layer in the plate thickness direction at a position surrounding the thin portion and reaches the support layer. The etching stopper is arranged in the frame-shaped groove.

【0014】これにより、SOI基板には、薄肉な活性
層側から絶縁層を介して支持層に達する枠状凹溝を形成
でき、この枠状凹溝にエッチングストッパを設けること
により、支持層と活性層との間に挟まれた絶縁層の所定
部位をエッチングストッパによって容易に取囲むことが
できる。また、エッチングストッパを絶縁層から板厚方
向の両側に延ばすことができ、支持層及び活性層との境
界面を跨ぐように配置できるから、絶縁層をエッチング
加工するときには、エッチングストッパの内側に存在す
るエッチング液がこれらの境界面を通じて外側に漏れ出
るのを防止することができる。
As a result, a frame-shaped groove can be formed on the SOI substrate from the thin active layer side to the support layer through the insulating layer, and an etching stopper can be provided in the frame-shaped groove to form a support layer. A predetermined portion of the insulating layer sandwiched between the active layer and the active layer can be easily surrounded by the etching stopper. Further, since the etching stopper can be extended from the insulating layer to both sides in the plate thickness direction and can be arranged so as to straddle the boundary surface between the support layer and the active layer, when the insulating layer is etched, it is present inside the etching stopper. It is possible to prevent the etching solution that is used to leak outside through these interfaces.

【0015】また、エッチングストッパを基板の表面側
(活性層側)に露出させることができるので、その内側
に形成される薄肉部の位置をエッチングストッパによっ
て基板の表面側から確認することができる。このため、
撓み検出素子を薄肉部に形成するときには、エッチング
ストッパを基準として、薄肉部と撓み検出素子とを正確
に位置合わせすることができる。
Further, since the etching stopper can be exposed on the surface side (active layer side) of the substrate, the position of the thin portion formed inside can be confirmed from the surface side of the substrate by the etching stopper. For this reason,
When the bending detection element is formed in the thin portion, the thin portion and the bending detection element can be accurately aligned with each other with the etching stopper as a reference.

【0016】また、薄肉部の形状は、基板の裏面側に形
成する貫通孔の孔形状等に制約されることがなくなり、
エッチングストッパの枠形状に応じて設定できるため、
例えば角隅部に丸みをつけた四角形状、または円形状等
の薄肉部を容易に形成することができる。これにより、
薄肉部が撓み変形するときに、その角隅等に応力集中が
生じるのを防止でき、薄肉部の耐久性(破壊耐圧)を高
めることができる。
Further, the shape of the thin portion is not restricted by the shape of the through hole formed on the back side of the substrate,
Since it can be set according to the frame shape of the etching stopper,
For example, it is possible to easily form a thin-walled portion having a square shape with rounded corners or a circular shape. This allows
When the thin-walled portion is flexibly deformed, stress concentration can be prevented from occurring at the corners and the like, and the durability (breakdown pressure resistance) of the thin-walled portion can be enhanced.

【0017】また、請求項3の発明によると、絶縁層は
酸化シリコンにより形成し、エッチングストッパは窒化
シリコン、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンにより
形成する構成としている。
According to the third aspect of the invention, the insulating layer is made of silicon oxide, and the etching stopper is made of silicon nitride, single crystal silicon or polycrystalline silicon.

【0018】これにより、例えば希釈フッ酸等のエッチ
ング液を用いて絶縁層をエッチング加工でき、このエッ
チング液に浸食されない材料を用いてエッチングストッ
パを形成することができる。また、エッチングストッパ
として単結晶シリコン、多結晶シリコン等の材料を用い
た場合には、例えばSOI基板の支持層、活性層等に対
して熱膨張率等がほぼ等しいエッチングストッパをこれ
らの層と一体に接合でき、両者間の接合強度を高めるこ
とができる。
As a result, the insulating layer can be etched using an etching solution such as diluted hydrofluoric acid, and the etching stopper can be formed using a material that is not corroded by the etching solution. When a material such as single crystal silicon or polycrystalline silicon is used as the etching stopper, for example, an etching stopper having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the support layer or active layer of the SOI substrate is integrated with these layers. Can be bonded to each other and the bonding strength between them can be increased.

【0019】また、請求項4の発明に係る外力センサの
製造方法は、シリコン材料からなる支持層と活性層との
間に絶縁層を挟んで形成した3層からなるSOI基板を
有し、該SOI基板の活性層と絶縁層とを板厚方向に貫
通して支持層に達する枠状凹溝を形成する枠状凹溝形成
工程と、前記絶縁層と異なる材料を用いて前記枠状凹溝
内に枠状のエッチングストッパを設けるエッチングスト
ッパ形成工程と、前記活性層のうち前記エッチングスト
ッパの内側に対応する部位に撓み検出素子を設ける素子
形成工程と、前記エッチングストッパの内側に対応する
位置で前記支持層に貫通孔を形成する貫通孔形成工程
と、前記絶縁層のうち前記エッチングストッパの内側に
位置する部位を前記貫通孔を介してエッチング加工する
ことにより空洞を形成する空洞形成工程とを備え、前記
活性層のうち前記空洞に対応する部位を外力により撓み
変形する薄肉部として構成している。
The method of manufacturing an external force sensor according to a fourth aspect of the present invention has a three-layer SOI substrate formed by sandwiching an insulating layer between a support layer made of a silicon material and an active layer. Frame-shaped groove forming step of forming a frame-shaped groove that penetrates the active layer and the insulating layer of the SOI substrate in the plate thickness direction to reach the support layer, and the frame-shaped groove using a material different from that of the insulating layer An etching stopper forming step of providing a frame-shaped etching stopper therein; an element forming step of providing a bending detection element in a portion of the active layer corresponding to the inside of the etching stopper; and a position corresponding to the inside of the etching stopper. A step of forming a through hole in the support layer is performed, and a portion of the insulating layer located inside the etching stopper is etched through the through hole to form a cavity. And a cavity forming step of, constituting a thin portion flexural deformation by an external force the portion corresponding to the cavity of the active layer.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
外力センサ及びその製造方法を、添付図面に従って詳細
に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an external force sensor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0021】ここで、図1ないし図11は第1の実施の
形態を示し、本実施の形態では、外力センサとして圧力
センサを例に挙げて述べる。
1 to 11 show a first embodiment, and in this embodiment, a pressure sensor will be described as an example of the external force sensor.

【0022】1は圧力センサ、2は該圧力センサの本体
部分を構成するSOI基板(以下、基板2という)で、
該基板2は、図1、図2に示す如く、例えば単結晶のシ
リコン材料等からなる支持層3と、酸化シリコン等の絶
縁性材料により形成され、該支持層3の表面側に接合さ
れた絶縁層4と、単結晶のシリコン材料等を用いて支持
層3よりも薄肉に形成され、該絶縁層4の表面側に接合
された活性層5とにより構成されている。また、絶縁層
4は、支持層3との間に位置する境界面4Aと、活性層
5との間に位置する境界面4Bとを有している。
Reference numeral 1 is a pressure sensor, 2 is an SOI substrate (hereinafter referred to as substrate 2) which constitutes the main body of the pressure sensor,
As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate 2 is formed of a support layer 3 made of, for example, a single crystal silicon material or the like, and an insulating material such as silicon oxide, and bonded to the surface side of the support layer 3. It is composed of an insulating layer 4 and an active layer 5 made of a single crystal silicon material or the like to be thinner than the supporting layer 3 and joined to the surface side of the insulating layer 4. The insulating layer 4 also has a boundary surface 4 </ b> A located between the insulating layer 4 and the support layer 3 and a boundary surface 4 </ b> B located between the active layer 5.

【0023】6は後述のエッチングストッパ7を配設す
るために基板2に設けられた枠状凹溝で、該枠状凹溝6
は、活性層5の表面側に開口し、活性層5と絶縁層4と
を板厚方向に貫通して支持層3に達すると共に、後述の
空洞11とダイヤフラム部12とを取囲むように四角形
の枠状に延びている。
Reference numeral 6 is a frame-shaped groove provided in the substrate 2 for disposing an etching stopper 7 which will be described later.
Is a quadrangle that opens to the surface side of the active layer 5, penetrates the active layer 5 and the insulating layer 4 in the plate thickness direction to reach the support layer 3, and surrounds a cavity 11 and a diaphragm portion 12 described later. It extends like a frame.

【0024】7は基板2の枠状凹溝6内に設けられたエ
ッチングストッパで、該エッチングストッパ7は、図1
ないし図3に示す如く、後述の如く絶縁層4と異なる材
料を用いて四角形の枠状に形成され、基板2の空洞11
を取囲んで配置されている。
Reference numeral 7 denotes an etching stopper provided in the frame-shaped concave groove 6 of the substrate 2. The etching stopper 7 is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the cavity 11 of the substrate 2 is formed in a rectangular frame shape by using a material different from that of the insulating layer 4 as described later.
It is arranged to surround.

【0025】また、エッチングストッパ7は、活性層5
と絶縁層4とを貫通して支持層3に達し、これらの境界
面4A,4Bを跨ぐように絶縁層4から板厚方向の両側
に延びている。これにより、エッチングストッパ7は、
その外側に位置する絶縁層4と内側に位置する空洞11
(後述する基板材料15のエッチング除去部15B2)
との間を液密状態で遮断している。
The etching stopper 7 is made up of the active layer 5
And the insulating layer 4 to reach the support layer 3 and extend from the insulating layer 4 to both sides in the plate thickness direction so as to straddle the boundary surfaces 4A and 4B. As a result, the etching stopper 7
The insulating layer 4 located outside and the cavity 11 located inside
(Etching removal portion 15B2 of substrate material 15 described later)
Is closed in a liquid tight state.

【0026】ここで、エッチングストッパ7を構成する
材料としては、絶縁層4用のエッチング液に対して耐性
を有する材料が用いられる。そして、本実施の形態で
は、後述の図10に示す空洞形成工程において、例えば
希釈フッ酸等のエッチング液を用いて酸化シリコン等の
絶縁層4をエッチング加工しているため、エッチングス
トッパ7には、例えば窒化シリコン等を用いる構成とし
ている。
Here, as the material forming the etching stopper 7, a material having resistance to the etching liquid for the insulating layer 4 is used. In the present embodiment, since the insulating layer 4 made of silicon oxide or the like is etched using an etching solution such as diluted hydrofluoric acid in the cavity forming step shown in FIG. , For example, silicon nitride is used.

【0027】これにより、エッチングストッパ7は、基
板材料15の絶縁層15Bをエッチング加工して空洞1
1を形成するときに、エッチング加工の範囲をエッチン
グ除去部15B2だけに制限し、エッチングストッパ7
の外側で絶縁層15Bが浸食されるのを防止することに
より、空洞11(ダイヤフラム部12)を所定の位置及
び形状で正確に形成するものである。
As a result, the etching stopper 7 etches the insulating layer 15B of the substrate material 15 to form the cavity 1.
1 is formed, the etching process range is limited to the etching removal portion 15B2, and the etching stopper 7
The cavity 11 (diaphragm portion 12) is accurately formed at a predetermined position and shape by preventing the insulating layer 15B from being eroded on the outside.

【0028】8は基板2の活性層5に設けられた撓み検
出素子としての例えば4個のピエゾ抵抗素子で、該各ピ
エゾ抵抗素子8は、例えば活性層5の表面側に不純物イ
オンを注入することにより細長い線状に形成され、エッ
チングストッパ7の内側で後述するダイヤフラム部12
の四辺に配置されている。そして、ピエゾ抵抗素子8
は、ダイヤフラム部12と一緒に撓み変形し、その変形
量に応じてピエゾ抵抗素子8の抵抗値が変化すると共
に、このときの抵抗値の変化を圧力の検出信号として出
力するものである。
Reference numeral 8 denotes, for example, four piezoresistive elements as deflection detecting elements provided on the active layer 5 of the substrate 2. Each piezoresistive element 8 injects impurity ions into the surface side of the active layer 5, for example. As a result, a diaphragm portion 12 which will be described later is formed inside the etching stopper 7 in an elongated linear shape.
Are arranged on all four sides. And the piezoresistive element 8
Is to be flexibly deformed together with the diaphragm portion 12, the resistance value of the piezoresistive element 8 is changed according to the deformation amount, and the change in resistance value at this time is output as a pressure detection signal.

【0029】9は例えば酸化シリコン等の材料を用いて
支持層3の裏面側に設けられた絶縁膜、10は該絶縁膜
9をマスクとして支持層3に異方性のエッチング加工等
を施すことにより形成された略四角形状の貫通孔で、該
貫通孔10はエッチングストッパ7の内側に対応する位
置で支持層3を板厚方向に貫通している。
Reference numeral 9 denotes an insulating film provided on the back surface side of the support layer 3 using, for example, a material such as silicon oxide. Reference numeral 10 denotes an anisotropic etching process or the like on the support layer 3 using the insulating film 9 as a mask. The through hole 10 is formed in a substantially rectangular shape, and the through hole 10 penetrates the support layer 3 in the plate thickness direction at a position corresponding to the inside of the etching stopper 7.

【0030】11は絶縁層4に設けられた例えば四角形
状の空洞で、該空洞11は、エッチングストッパ7の内
側で支持層3と活性層5との間を水平方向に延びる偏平
な空間であり、基板材料15のエッチング除去部15B
2をエッチング加工で除去することにより形成されてい
る。これにより、空洞11とダイヤフラム部12の位置
及び形状は、エッチングストッパ7によって定められて
いるものである。また、空洞11のほぼ中央には支持層
3の貫通孔10が開口し、空洞11は該貫通孔10を介
して基板2の裏面側に連通している。
Reference numeral 11 denotes a rectangular cavity provided in the insulating layer 4, which is a flat space inside the etching stopper 7 that extends horizontally between the support layer 3 and the active layer 5. Etching removal portion 15B of substrate material 15
It is formed by removing 2 by etching. As a result, the positions and shapes of the cavity 11 and the diaphragm portion 12 are determined by the etching stopper 7. Further, a through hole 10 of the support layer 3 is opened at approximately the center of the cavity 11, and the cavity 11 communicates with the back surface side of the substrate 2 through the through hole 10.

【0031】12は基板2の表面側に配設された薄肉部
としてのダイヤフラム部で、該ダイヤフラム部12は、
活性層5のうち空洞11の表面側に位置する四角形状の
部位を用いて形成され、基板2全体の板厚と比較して薄
肉となっている。そして、ダイヤフラム部12は、外部
から圧力が加わることによって板厚方向に撓み変形する
ものである。
Reference numeral 12 denotes a diaphragm portion as a thin portion arranged on the surface side of the substrate 2, and the diaphragm portion 12 is
The active layer 5 is formed by using a quadrangular portion located on the surface side of the cavity 11, and has a smaller thickness than the thickness of the substrate 2 as a whole. The diaphragm portion 12 bends and deforms in the plate thickness direction when pressure is applied from the outside.

【0032】13は活性層5の表面側に設けられた絶縁
保護膜で、該保護膜13は、例えば酸化シリコン、窒化
シリコン等の絶縁性材料により形成され、各ピエゾ抵抗
素子8等を覆って保護するものである。
Reference numeral 13 denotes an insulating protective film provided on the surface side of the active layer 5. The protective film 13 is made of an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride, and covers each piezoresistive element 8 or the like. To protect.

【0033】14は絶縁保護膜13上に設けられた複数
の配線パターンで、該各配線パターン14は、例えばア
ルミニウム等の金属材料により形成され、各ピエゾ抵抗
素子8の両端側に接続されると共に、その検出信号を外
部の信号処理回路(図示せず)等に出力するものであ
る。
Reference numeral 14 is a plurality of wiring patterns provided on the insulating protection film 13, and each wiring pattern 14 is formed of a metal material such as aluminum and is connected to both ends of each piezoresistive element 8. The detection signal is output to an external signal processing circuit (not shown) or the like.

【0034】本実施の形態による圧力センサ1は上述如
き構成を有するもので、次にその作動について説明す
る。
The pressure sensor 1 according to this embodiment has the structure as described above, and its operation will be described below.

【0035】まず、基板2の表面側と裏面側の空洞11
との間に圧力差が生じると、この圧力差に応じてダイヤ
フラム部12が各ピエゾ抵抗素子8と一緒に撓み変形
し、この変形量に応じてピエゾ抵抗素子8の抵抗値が変
化する。これにより、ピエゾ抵抗素子8から配線パター
ン14等を介して外部の信号処理回路に検出信号が出力
されるので、この検出信号を用いて圧力を検出すること
ができる。
First, the cavities 11 on the front and back sides of the substrate 2
When a pressure difference occurs between the piezoresistive element 8 and the piezoresistive element 8, the diaphragm portion 12 flexibly deforms together with the piezoresistive element 8 according to the pressure difference, and the resistance value of the piezoresistive element 8 changes according to the deformation amount. As a result, a detection signal is output from the piezoresistive element 8 to the external signal processing circuit via the wiring pattern 14 or the like, so that the pressure can be detected using this detection signal.

【0036】次に、図4ないし図11を参照しつつ、本
実施の形態による圧力センサ1の製造方法について述べ
る。
Next, a method of manufacturing the pressure sensor 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0037】まず、図4及び図5に示す枠状凹溝形成工
程では、SOI基板2の材料となる基板材料15を用意
する。この場合、基板材料15の支持層15A、絶縁層
15B及び活性層15Cは、それぞれSOI基板2の支
持層3、絶縁層4及び活性層5となるものである。そし
て、図4に示すように、例えばレジスト材料等からなる
被膜16を基板材料15の表面側に設け、この被膜16
には、フォトリソグラフィ等の手段によって枠状凹溝6
の平面形状に対応する四角形の開口16Aを設ける。
First, in the frame-shaped groove forming step shown in FIGS. 4 and 5, a substrate material 15 which is a material of the SOI substrate 2 is prepared. In this case, the support layer 15A, the insulating layer 15B and the active layer 15C of the substrate material 15 become the support layer 3, the insulating layer 4 and the active layer 5 of the SOI substrate 2, respectively. Then, as shown in FIG. 4, a coating film 16 made of, for example, a resist material is provided on the front surface side of the substrate material 15, and the coating film 16 is provided.
The frame-shaped groove 6 is formed by means of photolithography or the like.
A rectangular opening 16A corresponding to the planar shape of is provided.

【0038】そして、図5に示すように、被膜16をエ
ッチング加工用のマスクとして、例えばフッ素系のプラ
ズマガスを用いたドライエッチング等を基板材料15の
表面側に施すことにより、活性層15Cと絶縁層15B
とを貫通して支持層15Aに達する枠状凹溝6を穿設す
る。
Then, as shown in FIG. 5, by using the film 16 as a mask for etching, for example, dry etching using a fluorine-based plasma gas is performed on the surface side of the substrate material 15 to form an active layer 15C. Insulation layer 15B
A frame-shaped groove 6 is formed to penetrate through and reach the support layer 15A.

【0039】この場合、単結晶のシリコン材料等からな
る支持層15Aと活性層15Cとをエッチング加工する
ときには、例えばフレオンガス(CF)、フレオンと
酸素の混合ガス(CF+O)等を用い、酸化シリコ
ン等からなる絶縁層15Bをエッチング加工するときに
は、例えばフレオンガスやこれと水素の混合ガス(CF
+H)等を用いるものである。
[0039] In this case, when the support layer 15A and the active layer 15C made of silicon material such as single crystal is etched, for example Freon gas (CF 4), using a mixed gas of Freon and oxygen (CF 4 + O 2), etc. When the insulating layer 15B made of silicon oxide or the like is etched, for example, Freon gas or a mixed gas of this with hydrogen (CF) is used.
4 + H 2 ) or the like is used.

【0040】次に、図6及び図7に示すエッチングスト
ッパ形成工程では、まず図6に示すように、例えばCV
D(Chemical Vapor Depositi
on)法等を用いて窒化シリコンの被膜17を基板材料
15の表面側に形成する。これにより、被膜17の窒化
シリコンは枠状凹溝6内にも充填される。
Next, in the etching stopper forming step shown in FIGS. 6 and 7, first, as shown in FIG.
D (Chemical Vapor Deposition)
on) method or the like to form a silicon nitride film 17 on the front surface side of the substrate material 15. As a result, the silicon nitride of the coating film 17 is also filled in the frame-shaped concave groove 6.

【0041】そして、図7に示すように、例えばフッ素
系プラズマガスによるドライエッチング、または表面研
磨等の加工処理を基板材料15の表面側に施し、被膜1
7のうち枠状凹溝6の外側に配置された部位を除去する
ことにより、エッチングストッパ7を形成する。
Then, as shown in FIG. 7, processing such as dry etching using a fluorine-based plasma gas or surface polishing is applied to the surface side of the substrate material 15 to form the coating film 1.
The etching stopper 7 is formed by removing a portion of the portion 7 that is disposed outside the frame-shaped groove 6.

【0042】これにより、絶縁層15Bは、エッチング
ストッパ7の外側に位置して圧力センサ1の絶縁層4と
なる外側部位15B1と、エッチングストッパ7の内側
に位置して後述の空洞形成工程で除去されるエッチング
除去部15B2とに仕切られた状態となる。
As a result, the insulating layer 15B is located outside the etching stopper 7 and serves as the insulating layer 4 of the pressure sensor 1, and the insulating layer 15B is located inside the etching stopper 7 and is removed in a cavity forming step described later. It is in a state of being partitioned by the etching removal portion 15B2.

【0043】次に、図8に示す素子形成工程では、被膜
16の場合とほぼ同様に、例えばレジスト材料等からな
る被膜18を枠状凹溝6の位置に合わせて基板材料15
の表面側に設ける。そして、この被膜18をマスクとし
て基板材料15の活性層15Cにイオン注入、熱拡散等
を行うことにより、活性層15Cに各ピエゾ抵抗素子8
を形成する。
Next, in the element forming step shown in FIG. 8, the film 18 made of, for example, a resist material is aligned with the position of the frame-shaped groove 6 and the substrate material 15 is formed in substantially the same manner as the film 16.
Provided on the front side of. Then, using the coating film 18 as a mask, the active layer 15C of the substrate material 15 is subjected to ion implantation, thermal diffusion, etc., so that each piezoresistive element 8 is formed in the active layer 15C.
To form.

【0044】次に、図9に示す貫通孔形成工程では、ま
ず基板材料15の裏面側に絶縁膜9を設け、この絶縁膜
9をマスクとして支持層15Aに異方性のエッチング加
工等を施す。これにより、支持層15Aに貫通孔10を
穿設し、この貫通孔10の位置で絶縁層15Bのエッチ
ング除去部15B2露出させる。
Next, in the through hole forming step shown in FIG. 9, first, the insulating film 9 is provided on the back side of the substrate material 15, and the insulating film 9 is used as a mask to subject the support layer 15A to anisotropic etching or the like. . As a result, the through hole 10 is formed in the support layer 15A, and the etching removal portion 15B2 of the insulating layer 15B is exposed at the position of the through hole 10.

【0045】そして、図10に示す空洞形成工程では、
そして、例えば希釈フッ酸等のエッチング液を貫通孔1
0から絶縁層15Bのエッチング除去部15B2に接触
させることにより、エッチング除去部15B2をエッチ
ング液で浸食して完全に除去し、エッチングストッパ7
に取囲まれた空洞11を形成する。
Then, in the cavity forming step shown in FIG.
Then, for example, an etching solution such as diluted hydrofluoric acid is used for the through hole 1.
By contacting the etching removal portion 15B2 of the insulating layer 15B from 0, the etching removal portion 15B2 is eroded by the etching liquid and completely removed, and the etching stopper 7
To form a cavity 11 surrounded by.

【0046】これにより、基板材料15には、活性層1
5Cのうち空洞11の表面側に位置する部位を用いて薄
肉なダイヤフラム部12が形成されるので、このダイヤ
フラム部12の位置及び形状をエッチングストッパ7に
よって正確に定めることができ、高い寸法精度のダイヤ
フラム部12を簡単に形成することができる。
As a result, the active layer 1 is formed on the substrate material 15.
Since the thin diaphragm portion 12 is formed by using the portion of 5C located on the surface side of the cavity 11, the position and shape of the diaphragm portion 12 can be accurately determined by the etching stopper 7, and high dimensional accuracy can be obtained. The diaphragm portion 12 can be easily formed.

【0047】この場合、エッチングストッパ7は、エッ
チング液により浸食されない窒化シリコン等を用いてエ
ッチング除去部15B2を取囲むように形成されている
ため、エッチング液による浸食がエッチングストッパ7
の外側に広がるのを防止することができる。従って、単
にエッチング液を貫通孔10から絶縁層15Bに接触さ
せておくだけで、絶縁層15Bのうちエッチング除去部
15B2のみを選択的に除去することができる。
In this case, since the etching stopper 7 is formed so as to surround the etching removed portion 15B2 by using silicon nitride or the like which is not corroded by the etching solution, the etching stopper 7 is not corroded by the etching solution.
Can be prevented from spreading outside. Therefore, it is possible to selectively remove only the etching removal portion 15B2 of the insulating layer 15B by merely bringing the etching liquid into contact with the insulating layer 15B from the through hole 10.

【0048】次に、図11に示す配線パターン形成工程
では、まず基板材料15の表面側に絶縁保護膜13を設
け、この絶縁保護膜13にピエゾ抵抗素子8が露出する
スルーホール等を形成する。そして、例えばスパッタ
法、CVD法等の手段を用いて絶縁保護膜13の表面側
に金属膜を形成し、この金属膜にエッチング加工等を施
して各配線パターン14を形成することにより、圧力セ
ンサ1を製造することができる。
Next, in the wiring pattern forming step shown in FIG. 11, an insulating protective film 13 is first provided on the front surface side of the substrate material 15, and a through hole or the like through which the piezoresistive element 8 is exposed is formed in this insulating protective film 13. . Then, a pressure sensor is formed by forming a metal film on the surface side of the insulating protective film 13 using a method such as a sputtering method or a CVD method, and performing etching or the like on the metal film to form each wiring pattern 14. 1 can be manufactured.

【0049】かくして、本実施の形態によれば、基板2
には枠状のエッチングストッパ7を設ける構成としたの
で、圧力センサ1の製造時には、例えば希釈フッ酸等の
エッチング液に浸食されない窒化シリコン等の材料を用
いてエッチングストッパ7を容易に形成でき、このエッ
チングストッパ7によって基板材料15(絶縁層15
B)のエッチング除去部15B2を取囲むことができ
る。
Thus, according to the present embodiment, the substrate 2
Since the frame-shaped etching stopper 7 is provided in the pressure sensor 1, the etching stopper 7 can be easily formed at the time of manufacturing the pressure sensor 1 by using a material such as silicon nitride that is not corroded by an etching solution such as diluted hydrofluoric acid. The substrate material 15 (insulating layer 15
The etching removal portion 15B2 of B) can be surrounded.

【0050】そして、空洞形成工程では、このエッチン
グ除去部15B2に対して支持層15Aの貫通孔10か
らエッチング液を接触させることにより、絶縁層15B
のうち予め定められたエッチング除去部15B2だけを
選択的に浸食、除去でき、エッチング液による浸食が絶
縁層15Bの外側部位15B1等に広がるのをエッチン
グストッパ7によって確実に防止することができる。
Then, in the cavity forming step, the etching solution is brought into contact with the etching removal portion 15B2 through the through hole 10 of the support layer 15A, so that the insulating layer 15B is formed.
Only the predetermined etching removal portion 15B2 can be selectively eroded and removed, and the etching stopper 7 can reliably prevent the erosion by the etching solution from spreading to the outer portion 15B1 of the insulating layer 15B.

【0051】これにより、空洞形成工程では、単にエッ
チング液をエッチング除去部15B2に接触させておく
だけで、エッチングストッパ7により空洞11の位置及
び形状を正確に設定でき、従来技術のようにエッチング
の時間、速度等を厳密に管理しなくても、ダイヤフラム
部12を高い寸法精度で容易に形成することができる。
As a result, in the cavity forming step, the position and shape of the cavity 11 can be accurately set by the etching stopper 7 simply by bringing the etching liquid into contact with the etching removal portion 15B2. The diaphragm portion 12 can be easily formed with high dimensional accuracy without strictly controlling time, speed, and the like.

【0052】従って、例えばダイヤフラム部12の撓み
変形量と圧力との関係を設計上の基準特性等に対して安
定的に揃えることができ、ダイヤフラム部12の形状ば
らつき等によりセンサの特性に誤差が生じるのを防止で
きると共に、その検出精度や信頼性を高め、精度の良い
圧力センサ1を効率よく製造することができる。
Therefore, for example, the relationship between the amount of flexural deformation of the diaphragm portion 12 and the pressure can be stably aligned with respect to the design reference characteristics and the like, and there is an error in the characteristics of the sensor due to variations in the shape of the diaphragm portion 12. The pressure sensor 1 can be prevented from being generated, the detection accuracy and reliability thereof can be improved, and the accurate pressure sensor 1 can be efficiently manufactured.

【0053】この場合、枠状凹溝形成工程では、基板2
に活性層5と絶縁層4とを貫通して支持層3に達する枠
状凹溝6を設け、エッチングストッパ形成工程では、こ
の枠状凹溝6内にエッチングストッパ7を設けたので、
センサの製造時には、基板材料15の絶縁層15Bが支
持層15Aと活性層15Cとの間に挟まれた状態であっ
ても、そのエッチング除去部15B2をエッチングスト
ッパ7によって容易に取囲むことができる。
In this case, in the frame-shaped groove forming step, the substrate 2
Since the frame-shaped groove 6 that penetrates the active layer 5 and the insulating layer 4 and reaches the support layer 3 is provided in the above, and the etching stopper 7 is provided in the frame-shaped groove 6 in the etching stopper forming step,
At the time of manufacturing the sensor, even if the insulating layer 15B of the substrate material 15 is sandwiched between the support layer 15A and the active layer 15C, the etching removal portion 15B2 can be easily surrounded by the etching stopper 7. .

【0054】また、枠状凹溝6を用いることにより、エ
ッチングストッパ7を絶縁層4から板厚方向の両側に延
ばすことができ、支持層3及び活性層5との境界面4
A,4Bを跨ぐように配置することができる。これによ
り、エッチング加工時には、エッチングストッパ7の内
側に存在するエッチング液がこれらの境界面4A,4B
を通じて外側に漏れ出るのを確実に防止することができ
る。
Further, by using the frame-shaped concave groove 6, the etching stopper 7 can be extended from the insulating layer 4 to both sides in the plate thickness direction, and the boundary surface 4 between the support layer 3 and the active layer 5 can be extended.
It can be arranged so as to straddle A and 4B. As a result, at the time of etching processing, the etching liquid existing inside the etching stopper 7 is allowed to pass through the boundary surfaces 4A and 4B.
It is possible to reliably prevent the leakage through the outside.

【0055】また、枠状凹溝6を用いることにより、エ
ッチングストッパ7を活性層5の表面側に露出させるこ
とができるので、その内側に形成されるダイヤフラム部
12の位置をエッチングストッパ7によって基板2の表
面側から確認することができる。このため、素子形成工
程では、エッチングストッパ7を基準として、ピエゾ抵
抗素子8とダイヤフラム部12とを正確に位置合わせす
ることができ、圧力センサ1の検出精度を高めることが
できる。
Further, since the etching stopper 7 can be exposed to the surface side of the active layer 5 by using the frame-shaped groove 6, the position of the diaphragm portion 12 formed inside the etching stopper 7 can be controlled by the etching stopper 7. It can be confirmed from the surface side of 2. Therefore, in the element forming step, the piezoresistive element 8 and the diaphragm portion 12 can be accurately aligned with each other with the etching stopper 7 as a reference, and the detection accuracy of the pressure sensor 1 can be improved.

【0056】次に、図12は本発明による第2の実施の
形態を示し、本実施の形態の特徴は、エッチングストッ
パとして単結晶または多結晶のシリコン材料を用いる構
成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第
1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、
その説明を省略するものとする。
Next, FIG. 12 shows a second embodiment according to the present invention, which is characterized in that a single crystal or polycrystal silicon material is used as an etching stopper. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals,
The description will be omitted.

【0057】21は圧力センサで、該圧力センサ21
は、第1の実施の形態とほぼ同様に、SOI基板2、枠
状凹溝6、ピエゾ抵抗素子8、ダイヤフラム部12、エ
ッチングストッパ22等を含んで構成されている。
Reference numeral 21 is a pressure sensor.
In the same manner as in the first embodiment, is composed of the SOI substrate 2, the frame-shaped groove 6, the piezoresistive element 8, the diaphragm portion 12, the etching stopper 22 and the like.

【0058】しかし、エッチングストッパ22は、例え
ば希釈フッ酸等のエッチング液に対して耐性を有する単
結晶シリコンまたは多結晶シリコン等を用いて形成さ
れ、これによって基板2の支持層3、活性層5と一体に
接合、固着されている。
However, the etching stopper 22 is formed by using, for example, single crystal silicon or polycrystal silicon having resistance to an etching solution such as dilute hydrofluoric acid, whereby the support layer 3 and the active layer 5 of the substrate 2 are formed. It is joined and fixed integrally with.

【0059】かくして、このように構成される本実施の
形態でも、第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得
ることができる。そして、特に本実施の形態では、エッ
チングストッパ22を単結晶または多結晶のシリコン材
料等により構成したので、例えば基板2の支持層3、活
性層5等に対して熱膨張率がほぼ等しいエッチングスト
ッパ22をこれらの層3,5と一体に接合でき、両者間
に温度変化による応力等が生じるのを防止できると共
に、基板2とエッチングストッパ22との接合強度を高
めることができる。
Thus, in this embodiment having such a configuration, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those of the first embodiment. In particular, in this embodiment, since the etching stopper 22 is made of a monocrystalline or polycrystalline silicon material or the like, for example, the etching stopper having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the support layer 3 of the substrate 2, the active layer 5, etc. 22 can be integrally bonded to these layers 3 and 5, so that stress or the like due to temperature change can be prevented from occurring between them, and the bonding strength between the substrate 2 and the etching stopper 22 can be increased.

【0060】また、ある程度の導電性をもつエッチング
ストッパ22によって支持層3と活性層5とを同電位に
保持できるから、例えば基板2の活性層5を外部のアー
ス等と接続することにより、エッチングストッパ22を
介して支持層3もアース電位に保持することができる。
これにより、支持層3に特別なアース配線等を接続する
ことなく、支持層3と活性層5の電位を簡単な配線構造
によって固定でき、電位の変動を防止して圧力の検出動
作を安定させることができる。
Further, since the supporting layer 3 and the active layer 5 can be held at the same potential by the etching stopper 22 having a certain degree of conductivity, the active layer 5 of the substrate 2 can be etched by connecting it to an external earth or the like. The support layer 3 can also be held at the ground potential via the stopper 22.
As a result, the potentials of the support layer 3 and the active layer 5 can be fixed by a simple wiring structure without connecting a special ground wiring or the like to the support layer 3, and fluctuations in the potential are prevented to stabilize the pressure detection operation. be able to.

【0061】なお、前記各実施の形態では、例えば酸化
シリコン等の絶縁層4を希釈フッ酸等のエッチング液に
より浸食する場合において、エッチングストッパ7,2
2として窒化シリコン、単結晶シリコンまたは多結晶シ
リコンを用いる構成とした。しかし、本発明において、
絶縁層やエッチングストッパの材料、エッチング液の種
類等は、実施の形態に制限されるものではなく、例えば
窒化シリコン等を含めた各種の絶縁材料、多結晶シリコ
ン層等の導電性材料を用いることができる。そして、こ
の場合には、絶縁層と異なる材料により形成されたエッ
チングストッパと、エッチングストッパを除いて絶縁層
だけを浸食するエッチング液とを選択すればよいもので
ある。
In each of the above embodiments, the etching stoppers 7 and 2 are used when the insulating layer 4 made of silicon oxide or the like is eroded by an etching solution such as diluted hydrofluoric acid.
As the second structure, silicon nitride, single crystal silicon or polycrystalline silicon is used. However, in the present invention,
The material of the insulating layer and the etching stopper, the kind of the etching solution, etc. are not limited to the embodiment, and various insulating materials including, for example, silicon nitride, and conductive materials such as a polycrystalline silicon layer are used. You can Then, in this case, an etching stopper formed of a material different from that of the insulating layer and an etching solution that corrodes only the insulating layer excluding the etching stopper may be selected.

【0062】また、実施の形態では、エッチングストッ
パ7,22を四角形の枠状に形成する構成とした。しか
し、本発明はこれに限らず、例えばエッチングストッパ
を角隅部に丸みをつけた四角形状、円形または楕円形状
等の輪郭が滑らかな形状とする構成としてもよい。これ
により、エッチングストッパの枠形状に応じて輪郭が滑
らかな形状のダイヤフラム部を容易に形成できるから、
ダイヤフラム部が撓み変形するときには、その角隅等に
応力集中が生じるのを防止でき、ダイヤフラム部の耐久
性(破壊耐圧)を高めることができる。
Further, in the embodiment, the etching stoppers 7 and 22 are formed in a rectangular frame shape. However, the present invention is not limited to this, and the etching stopper may have a smooth shape such as a square shape with rounded corners, a circular shape, or an elliptical shape. This makes it possible to easily form a diaphragm portion having a smooth contour according to the frame shape of the etching stopper.
When the diaphragm portion is flexibly deformed, stress concentration can be prevented from occurring at the corners and the like, and the durability (breakdown pressure resistance) of the diaphragm portion can be increased.

【0063】また、実施の形態では、圧力センサ1を例
に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るもので
はなく、例えば荷重、振動、加速度等を含めた各種の外
力を検出する外力センサに適用できるのは勿論である。
Further, in the embodiment, the pressure sensor 1 is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the present invention can be applied to an external force sensor that detects various external forces including load, vibration, acceleration, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による圧力センサを
示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1中の矢示II−II方向からみた圧力センサの
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the pressure sensor as seen from the direction of arrows II-II in FIG.

【図3】図2中の矢示III-III方向からみた圧力センサ
の断面図である。
3 is a cross-sectional view of the pressure sensor as seen from the direction of arrows III-III in FIG.

【図4】圧力センサの製造時に枠状凹溝形成工程を行う
ためSOI基板の表面側に被膜を設けた状態を示す断面
図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a coating film is provided on the front surface side of the SOI substrate for performing a frame-shaped groove forming step at the time of manufacturing the pressure sensor.

【図5】枠状凹溝形成工程により図4中の被膜をマスク
としてSOI基板に枠状凹溝を形成した状態を示す断面
図である。
5 is a cross-sectional view showing a state in which a frame-shaped groove is formed in the SOI substrate by using the film in FIG. 4 as a mask in the frame-shaped groove forming step.

【図6】エッチングストッパ形成工程によりSOI基板
の表面側にエッチングストッパとなる窒化シリコンの被
膜を形成した状態を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a silicon nitride film serving as an etching stopper is formed on the surface side of the SOI substrate by the etching stopper forming step.

【図7】図6中の被膜を加工処理してエッチングストッ
パを形成した状態を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which an etching stopper is formed by processing the film in FIG.

【図8】素子形成工程によりSOI基板の活性層に撓み
検出素子を形成した状態を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a deflection detecting element is formed on an active layer of an SOI substrate by an element forming process.

【図9】貫通孔形成工程によりSOI基板の支持層に貫
通孔を形成した状態を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a through hole is formed in the support layer of the SOI substrate by the through hole forming step.

【図10】空洞形成工程によりSOI基板の絶縁層をエ
ッチング加工する状態を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which an insulating layer of an SOI substrate is etched by a cavity forming step.

【図11】配線パターン形成工程によりSOI基板の表
面側に配線パターンを形成する状態を示す断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a wiring pattern is formed on the front surface side of the SOI substrate by the wiring pattern forming step.

【図12】本発明の第2の実施の形態による圧力センサ
を図2と同様位置からみた断面図である。
FIG. 12 is a sectional view of a pressure sensor according to a second embodiment of the present invention seen from the same position as in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 圧力センサ 2 SOI基板 3,15A 支持層 4,15B 絶縁層 5,15C 活性層 6 枠状凹溝 7,22 エッチングストッパ 8 ピエゾ抵抗素子(撓み検出素子) 10 貫通孔 11 空洞 12 ダイヤフラム部(薄肉部) 15 基板材料(SOI基板) 1,21 Pressure sensor 2 SOI substrate 3,15A support layer 4,15B insulation layer 5,15C active layer 6 Frame-shaped groove 7,22 Etching stopper 8 Piezoresistive element (deflection detection element) 10 through holes 11 cavities 12 Diaphragm part (thin part) 15 Substrate material (SOI substrate)

フロントページの続き Fターム(参考) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF11 FF43 GG01 GG15 4M112 AA01 AA02 BA01 CA01 CA03 CA08 CA16 DA03 DA04 DA06 DA09 DA10 DA12 DA15 DA18 EA03 EA04 EA06 EA07 EA11 FA01 FA05 FA07 FA09 FA20Continued front page    F term (reference) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14                       FF11 FF43 GG01 GG15                 4M112 AA01 AA02 BA01 CA01 CA03                       CA08 CA16 DA03 DA04 DA06                       DA09 DA10 DA12 DA15 DA18                       EA03 EA04 EA06 EA07 EA11                       FA01 FA05 FA07 FA09 FA20

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン材料からなる支持層と活性層と
の間に絶縁層を挟んで形成した3層からなるSOI基板
と、該SOI基板の3層のうち少なくとも絶縁層に設け
られ前記絶縁層と異なる材料を用いて枠状に形成された
エッチングストッパと、該エッチングストッパの内側に
対応する位置で前記活性層に設けられた撓み検出素子
と、前記エッチングストッパの内側に対応する位置で前
記支持層に貫通して形成された貫通孔と、前記絶縁層の
うち前記エッチングストッパの内側に位置する部位を該
貫通孔を介してエッチング加工することにより形成され
た空洞と、前記活性層のうち該空洞に対応する部位を用
いて形成され外力により撓み変形する薄肉部とから構成
してなる外力センサ。
1. An SOI substrate having three layers formed by sandwiching an insulating layer between a support layer made of a silicon material and an active layer, and the insulating layer provided on at least the insulating layer of the three layers of the SOI substrate. An etching stopper formed in a frame shape using a different material, a bending detection element provided in the active layer at a position corresponding to the inside of the etching stopper, and the support at a position corresponding to the inside of the etching stopper. A through hole formed through the layer; a cavity formed by etching a portion of the insulating layer located inside the etching stopper through the through hole; An external force sensor comprising a thin portion formed by using a portion corresponding to a cavity and flexibly deformed by an external force.
【請求項2】 前記SOI基板には前記薄肉部を取囲む
位置で前記活性層と絶縁層とを板厚方向に貫通して前記
支持層に達する枠状凹溝を設け、前記エッチングストッ
パは該枠状凹溝内に配設してなる請求項1に記載の外力
センサ。
2. The SOI substrate is provided with a frame-shaped groove that penetrates the active layer and the insulating layer in the plate thickness direction to reach the support layer at a position surrounding the thin portion, and the etching stopper is The external force sensor according to claim 1, wherein the external force sensor is provided in the frame-shaped concave groove.
【請求項3】 前記絶縁層は酸化シリコンにより形成
し、前記エッチングストッパは窒化シリコン、単結晶シ
リコンまたは多結晶シリコンにより形成してなる請求項
1または2に記載の外力センサ。
3. The external force sensor according to claim 1, wherein the insulating layer is made of silicon oxide, and the etching stopper is made of silicon nitride, single crystal silicon or polycrystalline silicon.
【請求項4】 シリコン材料からなる支持層と活性層と
の間に絶縁層を挟んで形成した3層からなるSOI基板
を有し、該SOI基板の活性層と絶縁層とを板厚方向に
貫通して支持層に達する枠状凹溝を形成する枠状凹溝形
成工程と、 前記絶縁層と異なる材料を用いて前記枠状凹溝内に枠状
のエッチングストッパを設けるエッチングストッパ形成
工程と、 前記活性層のうち前記エッチングストッパの内側に対応
する部位に撓み検出素子を設ける素子形成工程と、 前記エッチングストッパの内側に対応する位置で前記支
持層に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、 前記絶縁層のうち前記エッチングストッパの内側に位置
する部位を前記貫通孔を介してエッチング加工すること
により空洞を形成する空洞形成工程とを備え、 前記活性層のうち前記空洞に対応する部位を外力により
撓み変形する薄肉部として構成してなる外力センサの製
造方法。
4. A three-layer SOI substrate having an insulating layer sandwiched between a support layer made of a silicon material and an active layer, wherein the active layer and the insulating layer of the SOI substrate are arranged in the plate thickness direction. A frame-shaped groove forming step of forming a frame-shaped groove that penetrates and reaches the support layer; and an etching stopper forming step of providing a frame-shaped etching stopper in the frame-shaped groove using a material different from that of the insulating layer. An element forming step of providing a deflection detecting element in a portion of the active layer corresponding to the inside of the etching stopper, and a through hole forming step of forming a through hole in the support layer at a position corresponding to the inside of the etching stopper. A cavity forming step of forming a cavity by etching a portion of the insulating layer located inside the etching stopper through the through hole. Production method of the external force sensor comprising constituting the portion corresponding to the cavity as a thin portion which deformed by an external force.
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