JP2011082483A - Diaphragm element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、板厚方向に貫通する空洞部を有するシリコン基板と、このシリコン基板上に空洞部を閉塞する形態で積層された絶縁層と、この絶縁層のうち空洞部に面する部位に埋設された抵抗発熱体とを備えるダイアフラム素子、及び、このダイアフラム素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon substrate having a cavity portion penetrating in the thickness direction, an insulating layer laminated on the silicon substrate so as to close the cavity portion, and embedded in a portion of the insulating layer facing the cavity portion. The present invention relates to a diaphragm element including the resistance heating element, and a method for manufacturing the diaphragm element.
従来より、発熱抵抗体を内蔵したダイアフラム構造を有するダイアフラム素子が知られている。具体的には、板厚方向に貫通する空洞部を有するシリコン基板と、このシリコン基板上に空洞部を閉塞する形態で積層された絶縁層と、この絶縁層のうち空洞部に面する部位に埋設された抵抗発熱体とを備えるダイアフラム素子がある。例えば、特許文献1にこのようなダイアフラム素子が開示されている。従来のダイアフラム素子においては、シリコン基板に設けられた空洞部が、絶縁層側(発熱抵抗体側)よりも、その反対側に大きく開口する形態、例えば、特許文献1の図2に示されたように、断面台形状とされていた。 Conventionally, a diaphragm element having a diaphragm structure with a built-in heating resistor is known. Specifically, a silicon substrate having a cavity portion penetrating in the thickness direction, an insulating layer laminated on the silicon substrate so as to close the cavity portion, and a portion of the insulating layer facing the cavity portion. There is a diaphragm element including an embedded resistance heating element. For example, Patent Document 1 discloses such a diaphragm element. In the conventional diaphragm element, the cavity provided in the silicon substrate opens larger on the opposite side than the insulating layer side (heating resistor side), for example, as shown in FIG. Furthermore, the cross section was trapezoidal.
しかしながら、上記のような形態の空洞部は、ダイアフラム部の沿面方向(シリコン基板の主面に沿う方向)の寸法に対して、空洞部の沿面方向の寸法が大きい。ダイアフラム素子の強度を確保するためには、シリコン基板のうち、空洞部の周りを構成する部分の体積も確保しなければならないため、空洞部の沿面方向の寸法が大きくなると、シリコン基板の沿面方向の寸法も大きくなりがちである。このため、ダイアフラム素子を沿面方向について小型化することが困難であった。 However, the dimension of the cavity in the creeping direction of the cavity is larger than the dimension in the creeping direction of the diaphragm (direction along the main surface of the silicon substrate). In order to ensure the strength of the diaphragm element, it is necessary to secure the volume of the portion of the silicon substrate that forms the periphery of the cavity, so that when the dimension of the creeping direction of the cavity increases, the creeping direction of the silicon substrate The dimensions of these tend to be large. For this reason, it was difficult to reduce the size of the diaphragm element in the creeping direction.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、シリコン基板に設ける空洞部の沿面方向の寸法を小さくでき、素子全体を沿面方向に小型化できるダイアフラム素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and an object of the present invention is to provide a diaphragm element that can reduce the dimension in the creeping direction of the cavity provided in the silicon substrate and can reduce the entire element in the creeping direction. .
その解決手段は、シリコンからなり、第1主面及びこの裏面をなす第2主面を有する板状をなし、前記第1主面と前記第2主面との間を板厚方向に貫通する空洞部を有するシリコン基板であって、前記第1主面及び前記第2主面の面方位が{100}面であるシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第1主面上及び前記空洞部を閉塞する形態に形成され、複数層を積層してなる絶縁層と、前記絶縁層のうち、前記空洞部に面する空洞対面部に埋設され、通電により発熱する発熱抵抗体と、を備えるダイアフラム素子であって、前記シリコン基板は、前記空洞部のうちの前記第1主面側の第1開口縁と前記第2主面側の第2開口縁とを板厚方向に重ねて見たときに、前記第2開口縁が、前記第1開口縁と重なる、またはこれよりも内側に位置する形態とされてなり、かつ、前記第1開口縁及び前記第2開口縁を起点として、面方位が{111}面であり、かつ、内側に向かって突出する鼓状の仮想内周面を仮想したときに、前記空洞部を実際に構成する内周面が、この仮想内周面よりも外側に位置する形態とされてなるダイアフラム素子である。 The solution is made of silicon and has a plate shape having a first main surface and a second main surface forming the back surface, and penetrates between the first main surface and the second main surface in the plate thickness direction. A silicon substrate having a cavity, wherein the first principal surface and the second principal surface have a {100} plane orientation, and the silicon substrate has a cavity on the first principal surface and the cavity. A diaphragm element comprising: an insulating layer formed in a closed configuration, and a plurality of layers stacked; and a heating resistor embedded in a cavity facing portion facing the cavity of the insulating layer and generating heat when energized When the silicon substrate is viewed by overlapping the first opening edge on the first main surface side and the second opening edge on the second main surface side of the hollow portion in the plate thickness direction. The second opening edge overlaps the first opening edge or is located on the inner side of the first opening edge. And a drum-shaped virtual inner peripheral surface having a {111} plane and projecting inward from the first opening edge and the second opening edge as a starting point. This is a diaphragm element having an inner peripheral surface that actually configures the cavity when positioned virtually outside the virtual inner peripheral surface.
本発明のダイアフラム素子では、シリコン基板は、空洞部のうちの第1主面側の第1開口縁と第2主面側の第2開口縁とを板厚方向に重ねて見たときに、第2開口縁が、第1開口縁以内、即ち、これと重なるか、またはこれよりも内側に位置する形態とされている。このため、空洞部の沿面方向(第1主面に沿う方向)の寸法(空洞部の径方向の寸法)を従来の断面台形状の空洞部よりも小さくできる。空洞部の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板のうち、空洞部の周りを構成する部分の体積も十分に確保できる。かくして、シリコン基板(ダイアフラム素子)の強度を確保しつつ、ダイアフラム素子を沿面方向について小型化できる。 In the diaphragm element of the present invention, when the silicon substrate is viewed by overlapping the first opening edge on the first main surface side and the second opening edge on the second main surface side of the cavity portion in the thickness direction, The second opening edge is configured to be located within the first opening edge, that is, overlaps with or is located inside the first opening edge. For this reason, the dimension (dimension in the radial direction of the cavity) in the creeping direction (direction along the first main surface) of the cavity can be made smaller than that of the conventional trapezoidal cavity. By reducing the dimension in the creeping direction of the cavity, even if the dimension in the creeping direction of the silicon substrate is reduced, the volume of the portion constituting the periphery of the cavity in the silicon substrate can be sufficiently secured. Thus, it is possible to reduce the size of the diaphragm element in the creeping direction while securing the strength of the silicon substrate (diaphragm element).
ここで、第1開口縁及び第2開口縁を起点として、面方位が{111}面であり、かつ、内側(沿面方向の内側)に向かって突出する鼓状の仮想内周面を仮想する。空洞部を実際に構成する内周面が、この仮想内周面よりも内側(沿面方向の内側)にまで突出する場合には、シリコン基板のうち、この内周面をなす部分(突出する部分)に、発熱抵抗体で生じた熱が伝わって熱逃げが大きくなり、発熱抵抗体による通電制御(加熱制御)にかかる消費電力が大きくなる他、発熱抵抗体の温度を精密に制御し難い。 Here, starting from the first opening edge and the second opening edge, the surface orientation is {111} plane, and a virtual drum-like inner peripheral surface protruding toward the inside (inside the creeping direction) is assumed. . When the inner peripheral surface that actually constitutes the hollow portion protrudes to the inner side (inner surface in the creeping direction) from the virtual inner peripheral surface, the portion of the silicon substrate that forms the inner peripheral surface (the protruding portion) ), The heat generated by the heating resistor is transmitted and heat escape increases, power consumption for energization control (heating control) by the heating resistor increases, and it is difficult to precisely control the temperature of the heating resistor.
これに対し本発明では、シリコン基板は、空洞部を実際に構成する内周面が、上記の仮想内周面よりも外側(沿面方向の外側)に位置する形態とされている。このような形態とすることで、シリコン基板のうち、この内周面をなす部分が、発熱抵抗体で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難くなる。従って、発熱抵抗体の温度を適切に制御できる。 On the other hand, in the present invention, the silicon substrate is configured such that the inner peripheral surface that actually constitutes the cavity is positioned outside (the outer side in the creeping direction) from the virtual inner peripheral surface. By setting it as such a form, the part which makes | forms this internal peripheral surface among silicon substrates becomes difficult to exert influence on the heat escape of the heat | fever which generate | occur | produced in the heat generating resistor. Therefore, the temperature of the heating resistor can be appropriately controlled.
なお、「ダイアフラム素子」は、上記の要件を満たすものであればよく、例えば、上記の発熱抵抗体のみを有するダイアフラム素子でもよいし、上記の発熱抵抗体により加熱されるセンサ部を設けた物理量センサ素子や化学センサ素子でもよい。具体的には、ダイアフラム素子として、エアフローセンサ素子や、NOxセンサ素子等のガスセンサ素子が挙げられる。 The “diaphragm element” only needs to satisfy the above requirements. For example, it may be a diaphragm element having only the above heating resistor, or a physical quantity provided with a sensor unit heated by the above heating resistor. It may be a sensor element or a chemical sensor element. Specifically, examples of the diaphragm element include gas sensor elements such as an air flow sensor element and a NOx sensor element.
また、「空洞部」は、上記の要件を満たすものであればよく、例えば、鼓状の空洞部、即ち、空洞部を構成する内周面が内側(沿面方向の内側)に向かって突出する形態や、算盤の珠状の空洞部、即ち、空洞部を構成する内周面が外側(沿面方向の外側)に向かって凹む形態、或いは、筒状の空洞部、即ち、空洞部を構成する内周面の寸法が板厚方向に変化しない形態とすることができる。
また、シリコン基板の第1主面上には、上記のように「絶縁層」が積層されているが、裏面の第2主面上には、絶縁層等が積層されていてもよいし、絶縁層等が存在しなくてもよい。
なお、{100}面は、(100)面またはこれと等価な面方位を指す。また、{111}面は、(111)面またはこれと等価な面方位を指す。
Further, the “cavity portion” only needs to satisfy the above requirements. For example, the drum-shaped cavity portion, that is, the inner peripheral surface constituting the cavity portion protrudes toward the inner side (the inner side in the creeping direction). Form, bead-shaped cavity of the abacus, that is, a form in which the inner peripheral surface constituting the cavity is recessed outward (outside in the creeping direction), or a cylindrical cavity, that is, a cavity It can be set as the form which the dimension of an internal peripheral surface does not change to a plate | board thickness direction.
In addition, although the “insulating layer” is stacked on the first main surface of the silicon substrate as described above, an insulating layer or the like may be stacked on the second main surface on the back surface. There may be no insulating layer or the like.
The {100} plane refers to the (100) plane or a plane orientation equivalent thereto. The {111} plane indicates the (111) plane or a plane orientation equivalent to this.
更に、上記のダイアフラム素子であって、前記シリコン基板は、前記空洞部を構成する前記内周面が、前記第1開口縁及び前記第2開口縁よりも内側に向かって突出する形態とされてなるダイアフラム素子とすると良い。 Further, in the diaphragm element, the silicon substrate is configured such that the inner peripheral surface constituting the cavity portion protrudes inward from the first opening edge and the second opening edge. It is preferable to use a diaphragm element.
本発明では、シリコン基板は、空洞部を構成する内周面が、第1開口縁及び第2開口縁よりも内側(空洞部の径方向内側)に向かって突出する形態とされている。このため、空洞部を構成する内周面が外側に向かって凹む形態(空洞部が算盤の珠状或いはビア樽状の形態)とする場合よりも、シリコン基板のうち空洞部の周縁部分の体積を多く確保できるので、シリコン基板の強度を高くできる。従って、ダイアフラム素子の沿面方向の寸法を相対的に小型化できる。 In the present invention, the silicon substrate is configured such that the inner peripheral surface constituting the cavity portion protrudes inward (inward in the radial direction of the cavity portion) from the first opening edge and the second opening edge. For this reason, the volume of the peripheral part of a cavity part among silicon substrates rather than the case where the inner peripheral surface which comprises a cavity part is made into the form which dents toward the outer side (a cavity part is a abacus bead shape or a via-barrel form). Therefore, the strength of the silicon substrate can be increased. Therefore, the dimension in the creeping direction of the diaphragm element can be relatively reduced.
更に、上記のダイアフラム素子であって、前記シリコン基板は、前記空洞部を構成する前記内周面のうち、最も内側に位置する最内部が、前記第1主面から、前記板厚方向の前記第2主面側に向かって前記シリコン基板の厚みの3分の1以上離れた形態とされてなるダイアフラム素子とすると良い。 Furthermore, in the diaphragm element, the innermost surface located on the innermost side of the inner peripheral surface constituting the cavity portion is from the first main surface to the plate thickness direction. It is preferable that the diaphragm element has a form separated by more than one third of the thickness of the silicon substrate toward the second main surface side.
上記のように、空洞部を構成する内周面が内側(沿面方向の内側)に向かって突出する形態とした場合には、この突出する部分に発熱抵抗体で生じた熱が逃げがちである。特に空洞部を構成する内周面の最内部が第1主面に近い形態の場合に、熱逃げが生じやすい。 これに対し本発明では、シリコン基板は、空洞部を構成する内周面の最内部が、第1主面から、板厚方向のうち第2主面側に向かってシリコン基板の厚みの3分の1以上離れた形態とされている。このため、シリコン基板のうち、この最内部をなす部分が、発熱抵抗体で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難くなり、発熱抵抗体で発生した熱の大きな放熱を抑制することができる。 As described above, when the inner peripheral surface constituting the hollow portion protrudes toward the inner side (the inner side in the creeping direction), the heat generated by the heating resistor tends to escape from the protruding portion. . In particular, heat escape tends to occur when the innermost surface of the inner peripheral surface constituting the hollow portion is close to the first main surface. On the other hand, in the present invention, the silicon substrate has an innermost inner peripheral surface constituting the cavity portion, which is 3 minutes from the first main surface toward the second main surface side in the plate thickness direction by 3 minutes. 1 or more away from each other. For this reason, the innermost portion of the silicon substrate is less likely to affect the heat escape of heat generated by the heating resistor, and large heat dissipation generated by the heating resistor can be suppressed.
更に、上記のいずれかに記載のダイアフラム素子であって、前記絶縁層のうち、前記シリコン基板の前記第1主面に接する接触絶縁層は、前記シリコン基板をエッチングするシリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなるダイアフラム素子とすると良い。 Furthermore, in the diaphragm element according to any one of the above, the contact insulating layer in contact with the first main surface of the silicon substrate among the insulating layers is substantially in a silicon etching processing solution for etching the silicon substrate. It is preferable to use a diaphragm element made of a material that is not etched.
シリコン基板の第1主面は{100}面であるので、シリコンエッチング処理液によりエッチングされやすい。このため、シリコン基板を第2主面側からエッチングして空洞部を形成する際に、第1主面側もシリコンエッチング処理液によりエッチングされて、必要以上に空洞部が大きく形成される場合がある。
これに対し本発明では、絶縁層のうち、シリコン基板の第1主面に接する接触絶縁層が、シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる。このため、シリコン基板を第2主面側からエッチングして空洞部を形成する際に、この接触絶縁層によって第1主面側が保護されるので、第1主面側が必要以上にエッチングされることを防止できる。従って、空洞部が必要以上に大きく形成されることを防止できる。
なお、「シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質」とは、シリコンエッチング処理液に対する選択比(エッチング速度に対する比率)が1000以上となる材質を言う。
Since the first main surface of the silicon substrate is the {100} plane, it is easily etched by the silicon etching treatment liquid. For this reason, when the silicon substrate is etched from the second main surface side to form the cavity, the first main surface side is also etched by the silicon etching treatment liquid, and the cavity may be formed larger than necessary. is there.
On the other hand, in the present invention, of the insulating layer, the contact insulating layer in contact with the first main surface of the silicon substrate is made of a material that is not substantially etched by the silicon etching treatment liquid. For this reason, when the silicon substrate is etched from the second main surface side to form the cavity, the first main surface side is protected by the contact insulating layer, so that the first main surface side is etched more than necessary. Can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the hollow portion from being formed larger than necessary.
The “material that is not substantially etched with the silicon etching solution” refers to a material having a selectivity (ratio to the etching rate) of 1000 or more with respect to the silicon etching solution.
また、他の態様は、シリコンからなり、第1主面及びこの裏面をなす第2主面を有する板状をなし、前記第1主面と前記第2主面との間を板厚方向に貫通する空洞部を有するシリコン基板であって、前記第1主面及び前記第2主面の面方位が{100}面であるシリコン基板と、前記シリコン基板の前記第1主面上及び前記空洞部を閉塞する形態に形成され、複数層を積層してなる絶縁層と、前記絶縁層のうち、前記空洞部に面する空洞対面部に埋設され、通電により発熱する発熱抵抗体と、を備えるダイアフラム素子の製造方法であって、前記空洞部が形成されていない状態の前記シリコン基板のうち前記第1主面に、このシリコン基板をエッチングするシリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる接触絶縁層を形成する接触絶縁層形成工程と、前記接触絶縁層形成工程後、前記シリコン基板の前記第1主面のうち、前記空洞対面部に対向する部位の上方に、前記シリコンエッチング処理液によりエッチングされる材質からなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、前記犠牲層形成工程後、前記シリコン基板の前記第1主面側に、少なくとも前記犠牲層全体を覆う形態で、前記シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる被覆絶縁層を形成する被覆絶縁層形成工程と、前記被覆絶縁層形成工程後、一又は複数回のエッチングを行うことにより、前記シリコン基板に前記空洞部を形成すると共に、前記犠牲層を除去し、前記シリコン基板を、前記空洞部のうちの前記第1主面側の第1開口縁と前記第2主面側の第2開口縁とを板厚方向に重ねて見たときに、前記第2開口縁が、前記第1開口縁と重なる、またはこれよりも内側に位置する形態とすると共に、前記第1開口縁及び前記第2開口縁を起点として、面方位が{111}面であり、かつ、内側に向かって突出する鼓状の仮想内周面を仮想したときに、前記空洞部を実際に構成する内周面が、この仮想内周面よりも外側に位置する形態とする空洞部形成工程と、を備えるダイアフラム素子の製造方法である。 In another aspect, the first main surface and a second main surface forming the back surface are made of silicon, and a plate-shaped direction is formed between the first main surface and the second main surface. A silicon substrate having a hollow portion penetrating therethrough, wherein the first main surface and the second main surface have a {100} plane orientation, the first main surface of the silicon substrate, and the cavity And an insulating layer formed by laminating a plurality of layers, and a heating resistor embedded in a cavity facing portion facing the cavity of the insulating layer and generating heat when energized. A method for manufacturing a diaphragm element, wherein the first main surface of the silicon substrate in which the cavity is not formed is made of a material that is not substantially etched by a silicon etching treatment liquid for etching the silicon substrate. Contact insulation layer After the contact insulating layer forming step to be formed and the contact insulating layer forming step, etching is performed by the silicon etching treatment liquid above a portion of the first main surface of the silicon substrate that faces the cavity facing portion. A sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer made of a material; and after the sacrificial layer forming step, at least the entire sacrificial layer is substantially covered with the silicon etching treatment liquid on the first main surface side of the silicon substrate. Forming a coating insulating layer made of a material that is not etched, and forming the cavity in the silicon substrate by performing one or a plurality of etchings after the coating insulating layer forming step. The sacrificial layer is removed, and the silicon substrate is separated from the first opening edge on the first main surface side and the second opening edge on the second main surface side of the cavity. The second opening edge overlaps with the first opening edge or is located on the inner side when viewed in the thickness direction, and the first opening edge and the second opening edge Starting from the virtual orientation of the drum-shaped virtual inner peripheral surface that protrudes inward and whose surface orientation is the {111} plane, the inner peripheral surface that actually constitutes the hollow portion is the virtual surface. And a hollow portion forming step in a form positioned on the outer side of the inner peripheral surface.
本発明のダイアフラム素子の製造方法は、上述の接触絶縁層形成工程、犠牲層形成工程、被覆絶縁層形成工程及び空洞部形成工程を備えるので、空洞部の沿面方向の寸法を従来の断面台形状の空洞部よりも、容易に小さくできる。空洞部の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板のうち、空洞部の周りを構成する部分の体積も十分に確保できる。従って、強度を確保しつつ、沿面方向について小型化したダイアフラム素子を、容易に製造できる。
また、上述の各工程を備えることで、シリコン基板を、空洞部を実際に構成する内周面が、上記の仮想内周面よりも外側に位置する形態とすることができるので、シリコン基板のうち、この内周面をなす部分が、発熱抵抗体で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難く、発熱抵抗体の温度を適切に制御できるダイアフラム素子を、容易に製造できる。
The manufacturing method of the diaphragm element of the present invention includes the contact insulating layer forming step, the sacrificial layer forming step, the covering insulating layer forming step, and the cavity forming step described above. It can be easily made smaller than the hollow portion. By reducing the dimension in the creeping direction of the cavity, even if the dimension in the creeping direction of the silicon substrate is reduced, the volume of the portion constituting the periphery of the cavity in the silicon substrate can be sufficiently secured. Therefore, it is possible to easily manufacture a diaphragm element that is downsized in the creeping direction while ensuring strength.
In addition, by providing each of the above-described steps, the silicon substrate can be configured such that the inner peripheral surface that actually configures the cavity is positioned outside the virtual inner peripheral surface. Of these, the portion forming the inner peripheral surface hardly affects the heat escape of the heat generated by the heating resistor, and a diaphragm element capable of appropriately controlling the temperature of the heating resistor can be easily manufactured.
更に、上記のダイアフラム素子の製造方法であって、前記接触絶縁層形成工程では、前記接触絶縁層を前記第1主面の全面に形成し、前記犠牲層形成工程では、前記接触絶縁層上に前記犠牲層を形成し、前記空洞部形成工程は、前記シリコンエッチング処理液により、前記シリコン基板を前記第2主面側から前記第1主面に達するまでエッチングして、自身の内部に前記接触絶縁層が露出する穴を形成する第1エッチング工程と、前記第1エッチング工程後、前記シリコン基板をエッチングすることなく、前記接触絶縁層をエッチングする接触絶縁層用エッチング処理液により、前記穴内に露出する前記接触絶縁層の第1露出部をエッチング除去して、前記穴内に前記犠牲層を露出させる第2エッチング工程と、前記第2エッチング工程後、前記シリコンエッチング処理液により、前記犠牲層全体をエッチング除去して、前記穴内に前記接触絶縁層及び前記被覆絶縁層を露出させる第3エッチング工程と、前記第3エッチング工程後、前記接触絶縁層用エッチング処理液により、前記穴内に露出する前記接触絶縁層の第2露出部をエッチング除去して、前記穴内に前記シリコン基板の前記第1主面を露出させる第4エッチング工程と、前記第4エッチング工程後、前記シリコンエッチング処理液により、前記穴内に露出する前記第1主面の露出面から前記シリコン基板をエッチングして、前記空洞部を形成する第5エッチング工程と、を有するダイアフラム素子の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method for manufacturing a diaphragm element, in the contact insulating layer forming step, the contact insulating layer is formed on the entire surface of the first main surface, and in the sacrificial layer forming step, the contact insulating layer is formed on the contact insulating layer. The sacrificial layer is formed, and the cavity forming step is performed by etching the silicon substrate from the second main surface side to the first main surface with the silicon etching treatment liquid, and making contact with the inside of the silicon substrate. A first etching step for forming a hole through which the insulating layer is exposed; and after the first etching step, the contact insulating layer etching treatment solution that etches the contact insulating layer without etching the silicon substrate. A second etching step of etching away the first exposed portion of the exposed contact insulating layer to expose the sacrificial layer in the hole; and after the second etching step, A third etching step of etching and removing the entire sacrificial layer with the silicon etching treatment solution to expose the contact insulating layer and the covering insulating layer in the hole; and for the contact insulating layer after the third etching step. A fourth etching step of etching away the second exposed portion of the contact insulating layer exposed in the hole with an etching treatment solution to expose the first main surface of the silicon substrate in the hole; And a fifth etching step of etching the silicon substrate from the exposed surface of the first main surface exposed in the hole with the silicon etching treatment solution to form the cavity. It would be better to do it.
本発明のダイアフラム素子の製造方法は、上述の接触絶縁層形成工程、犠牲層形成工程及び被覆絶縁層形成工程を備え、空洞部形成工程が上述の第1エッチング工程〜第5エッチング工程を備えるので、強度を確保しつつ、沿面方向について小型化したダイアフラム素子を、容易に製造できる。また、シリコン基板のうち、空洞部の内周面をなす部分が、発熱抵抗体で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難く、発熱抵抗体の温度を適切に制御できるダイアフラム素子を、容易に製造できる。 Since the manufacturing method of the diaphragm element of the present invention includes the contact insulating layer forming step, the sacrificial layer forming step, and the covering insulating layer forming step, and the cavity forming step includes the above-described first to fifth etching steps. In addition, it is possible to easily manufacture a diaphragm element that is downsized in the creeping direction while ensuring strength. In addition, a portion of the silicon substrate that forms the inner peripheral surface of the cavity is less likely to affect the heat escape of the heat generated by the heating resistor, and a diaphragm element that can appropriately control the temperature of the heating resistor can be easily obtained. Can be manufactured.
更に、前記のダイアフラム素子の製造方法であって、前記接触絶縁層形成工程では、前記第1主面のうち前記空洞対面部に対向する部位に配置された平面視環状の犠牲部、及び、この犠牲部の周囲に間隙を介して配置された平面視環状の周囲部を有する前記接触絶縁層を形成し、前記犠牲層形成工程では、前記接触絶縁層の前記犠牲部上及び前記第1主面のうち前記接触絶縁層から露出する露出面に、前記犠牲層を形成し、前記空洞部形成工程は、前記シリコンエッチング処理液により、前記シリコン基板を前記第2主面側から前記第1主面に達するまでエッチングして、自身の内部に前記接触絶縁層の前記犠牲部の内側に位置する前記犠牲層が露出する穴を形成し、更にこのエッチングを続けて、前記犠牲層をエッチング除去し、前記穴内に前記被覆絶縁層を露出させると共に、前記犠牲層を除去した部分を通じて前記接触絶縁層の前記犠牲部を迂回して、前記接触絶縁層の前記犠牲部の径方向外側に位置する前記第1主面側から前記シリコン基板をエッチングし、前記接触絶縁層の前記犠牲部を遊離させて除去し、前記空洞部を形成する単一エッチング工程を有するダイアフラム素子の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the manufacturing method of the diaphragm element, in the contact insulating layer forming step, a sacrificial portion having a ring shape in plan view disposed in a portion of the first main surface facing the cavity facing portion, and this The contact insulating layer having an annular peripheral portion in plan view disposed around the sacrificial portion via a gap is formed, and in the sacrificial layer forming step, the sacrificial portion on the sacrificial portion and the first main surface The sacrificial layer is formed on an exposed surface exposed from the contact insulating layer, and the cavity forming step includes the step of forming the silicon substrate from the second main surface side to the first main surface with the silicon etching treatment liquid. To the inside of the contact insulating layer to form a hole exposing the sacrificial layer located inside the sacrificial portion, and further to continue the etching to remove the sacrificial layer by etching, In the hole The first main surface that is located on a radially outer side of the sacrificial portion of the contact insulating layer by exposing the covering insulating layer and bypassing the sacrificial portion of the contact insulating layer through a portion where the sacrificial layer is removed. The silicon substrate is etched from the side, the sacrificial part of the contact insulating layer is liberated and removed, and a method of manufacturing a diaphragm element having a single etching process for forming the cavity part is preferable.
本発明のダイアフラム素子の製造方法は、上述の接触絶縁層形成工程、犠牲層形成工程、被覆絶縁層形成工程、及び、単一エッチング工程を含む空洞部形成工程を備えるので、強度を確保しつつ、沿面方向について小型化したダイアフラム素子を、容易に製造できる。また、シリコン基板のうち、空洞部の内周面をなす部分が、発熱抵抗体で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難く、発熱抵抗体の温度を適切に制御できるダイアフラム素子を、容易に製造できる。特に本発明では、空洞部形成工程(単一エッチング工程)を一回のエッチングにより行うことができ、空洞部形成工程を簡素化できるので、ダイアフラム素子を、特に容易かつ安価に製造できる。 Since the manufacturing method of the diaphragm element of the present invention includes the above-described contact insulating layer forming step, sacrificial layer forming step, covering insulating layer forming step, and cavity forming step including a single etching step, the strength is ensured. A diaphragm element reduced in size in the creeping direction can be easily manufactured. In addition, a portion of the silicon substrate that forms the inner peripheral surface of the cavity is less likely to affect the heat escape of the heat generated by the heating resistor, and a diaphragm element that can appropriately control the temperature of the heating resistor can be easily obtained. Can be manufactured. In particular, in the present invention, the cavity forming step (single etching step) can be performed by a single etching, and the cavity forming step can be simplified, so that the diaphragm element can be manufactured particularly easily and inexpensively.
(実施形態1)
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態1に係るダイアフラム素子100を示す。このダイアフラム素子100は、シリコン基板110と、このシリコン基板110の第1主面110b上に積層された複数層からなる第1主面側絶縁層120と、シリコン基板110の第2主面110c上に積層された複数層からなる第2主面側絶縁層140と、第1主面側絶縁層120に埋設された発熱抵抗体160とを備え、ダイアフラム構造を有する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a
このうちシリコン基板110は、シリコン(Si)単結晶からなり、第1主面110bとこの裏面をなす第2主面110cとを有する厚み0.40mmの板状をなす。このシリコン基板110の第1主面110b及び第2主面110cの面方位は{100}面(具体的には(100)面)である。このシリコン基板110には、その中央に、第1主面110bと第2主面110cとの間を板厚方向TAに貫通する鼓状の空洞部111が形成されている。なお、図1中、上下方向が板厚方向TAである。
Among these, the
この空洞部111を構成する内周面110nは、第1,第2開口縁110bf,110cfよりも、沿面方向の内側に向かって突出する形態をなす。従って、この内周面110nにより形成される空洞部111は、その両端(図1中、上端及び下端)よりも内部が沿面方向の内側に凹む鼓状の形態をなす。
この空洞部111のうち、第1主面110b側の第1開口縁110bfと、第2主面110c側の第2開口縁110cfは、平面視矩形状をなす。そして、第1開口縁110bfと第2開口縁110cfとを板厚方向TAに重ねて見たとき、第1開口縁110bfと第2開口縁110cfとが同じ位置EM1に重なる。
The inner
In the
ここで、第1開口縁110bfを起点として、面方位が{111}面(具体的には(111)面)であり、かつ、第1主面110bに沿う沿面方向(図1においては、左右方向)の内側(径方向内側)に向かって延びる面を仮想してこれを第1仮想面F1とする。また、第2開口縁110cfを起点として、面方位が{111}面(具体的には(111)面)であり、かつ、沿面方向の内側に向かって延びる面を仮想してこれを第2仮想面F2とする。そして、これら第1仮想面F1及び第2仮想面F2から、第1開口縁110bf及び第2開口縁110cfをそれぞれ起点として、面方位が(111)面であり、かつ、内側に向かって突出する仮想内周面FNを想定する(図1中に破線で示す)。そうすると、空洞部111を実際に構成する内周面110nは、その全体がこの仮想内周面FNよりも、沿面方向の外側(径方向外側)に位置している。
Here, starting from the first opening edge 110bf, the surface orientation is the {111} plane (specifically, the (111) plane) and the creeping direction along the first
また、板厚方向TAにおいて、内周面110nのうち、最も内側に位置する最内部110nxの位置AM1は、第1主面110bの位置AM2から、第2主面110cの位置AM3側にシリコン基板110の厚みの3分の1以上離れている。具体的には、前記のようにシリコン基板110の厚みは0.40mmであり、最内部110nxの位置AM1は、第1主面110bの位置AM2から第2主面110cの位置AM3側に、0.20mm離れている。
Further, in the plate thickness direction TA, the position AM1 of the innermost 110nx located on the innermost side of the inner
次に、第1主面側絶縁層120について説明する。この第1主面側絶縁層120は、シリコン基板110の第1主面110bの全面、及び、これから延びて空洞部111を閉塞する形態に形成されている。この第1主面側絶縁層120は、積層された5層の絶縁層121,122,123,124,125から構成されている。具体的には、第1主面側絶縁層120は、シリコン基板110の第1主面110bに接する第1−1絶縁層(接触絶縁層)121を有する。また、第1主面側絶縁層120は、この第1−1絶縁層121上に形成された第1−2絶縁層(被覆絶縁層)122を有する。また、第1主面側絶縁層120は、この第1−2絶縁層122上に形成された第1−3絶縁層123を有する。また、第1主面側絶縁層120は、この第1−3絶縁層123上に形成された第1−4絶縁層124を有する。また、第1主面側絶縁層120は、この第1−4絶縁層124上に形成された第1−5絶縁層125を有する。
Next, the first main surface
これらのうち、第1−1絶縁層121だけは、シリコン基板110の第1主面110b上に、空洞部111を避けて形成されている。一方、これ以外の絶縁層122,123,124,125は、第1主面110b全体の他、空洞部111上にも形成されている。従って、第1主面側絶縁層120のうちの第1−2絶縁層122が、空洞部111に向けて露出している。
Among these, only the 1-1
第1−1絶縁層121は、酸化シリコン(SiO2 )からなり、厚み0.1μmである。この第1−1絶縁層121は、酸化シリコンからなるので、後述するように、シリコン基板110をエッチングするシリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない。一方、この第1−1絶縁層121は、後述する接触絶縁層用エッチング処理液によってエッチングされる。
また、第1−2絶縁層122は、窒化シリコン(LP−SiN)からなる引張り応力膜であり、厚み0.2μmである。この第1−2絶縁層123は、窒化シリコンからなるので、シリコンエッチング処理液や接触絶縁層用エッチング処理液では実質的にエッチングされない。
また、第1−3絶縁層123は、酸化シリコン(PE−SiO2 )からなる圧縮応力膜であり、厚み0.1μmである。また、第1−4絶縁層124は、第1−3絶縁層123と同様に酸化シリコン(PE−SiO2 )からなる圧縮応力膜であり、厚み0.1μmである。また、第1−5絶縁層125は、第1−2絶縁層122と同様に窒化シリコン(LP−SiN)からなる引張り応力膜であり、厚み0.2μmである。
The 1-1
The 1-2
The 1-3
次に、発熱抵抗体160について説明する。この発熱抵抗体160は、第1主面側絶縁層120のうち、空洞部111に面する(空洞部111上に位置する)空洞対面部120eに埋設されている。具体的には、空洞対面部120eのうち、第1−3絶縁層123と第1−4絶縁層124との層間に配置されている。この発熱抵抗体160は、金属(具体的には白金(Pt))からなり、通電により自身が発熱する。この発熱抵抗体160は、第1主面110b側から(図1中、上方から)平面視すると、ジグザグ形状をなしている。なお、第1主面側絶縁層120のうちの空洞対面部120eは、この部分に埋設された発熱抵抗体160も含めて、ダイヤフラム部とも言う。
Next, the
この発熱抵抗体160の両端は、ぞれぞれ電極端子170に電気的に接続されている。図1には、このうちの一方の電極端子170のみを図示している。各電極端子170は、第1主面側絶縁層120のうち、空洞対面部120eの周縁をなす周縁部120gに形成されている。各電極端子170は、発熱抵抗体160と電気的に接続し、第1−3絶縁層123と第1−4絶縁層124との層間に形成された板状の電極パッド171と、この電極パッド171上に形成され、第1−4絶縁層124及び第1−5絶縁層125を貫通して外部に露出する椀状のビア導体173とからなる。電極パッド171は、金属(具体的には発熱抵抗体160と同様に白金(Pt))からなり、ビア導体173は、金属(具体的には金(Au))からなる。
Both ends of the
次に、第2主面側絶縁層140について説明する。この第2主面側絶縁層140は、シリコン基板110の第2主面110cの全面に積層されている。但し、この第2主面側絶縁層140は、第1主面側絶縁層120とは異なり、空洞部111を閉塞する形態とはなっていない。この第2主面側絶縁層140は、2層の絶縁層141,143から構成されている。具体的には、第2主面側絶縁層140は、シリコン基板110の第2主面110cに接する第2−1絶縁層141と、この第2−1絶縁層141上に形成された第2−2絶縁層143とからなる。
Next, the second main surface
第2−1絶縁層141は、前述の第1−1絶縁層121と同様に酸化シリコン(SiO2 )からなり、厚み0.1μmである。また、第2−2絶縁層143は、前述の第1−2絶縁層122と同様に窒化シリコン(LP−SiN)からなり、厚み0.4μmである。
The 2-1
以上で説明したように、本実施形態1のダイアフラム素子100では、シリコン基板110は、空洞部111のうち、第1主面110b側の第1開口縁110bfと第2主面110c側の第2開口縁110cfとを板厚方向TAに透視して重ねて見たときに、第1開口縁110bfと第2開口縁110cfとが同じ位置EM1に重なる形態をなしている。このため、空洞部111の沿面方向の寸法が従来よりも小さくできている。空洞部111の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板110の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板110のうち、空洞部111の周りを構成する部分の体積も十分に確保できる。従って、シリコン基板110(ダイアフラム素子100)の強度を確保しつつ、ダイアフラム素子100を沿面方向について小型化できる。
As described above, in the
また、シリコン基板110は、第1開口縁110bf及び第2開口縁110cfをそれぞれ起点とし、面方位が(111)面で、かつ、沿面方向の内側に向かって突出する仮想内周面FNを仮想したときに、空洞部111を実際に構成する内周面110nが、この仮想内周面FNよりも、沿面方向の外側に位置する形態とされている。
仮に、空洞部111を構成する内周面110nが、仮想内周面FNよりも沿面方向の内側にまで突出する場合には、シリコン基板111のうち、この内周面110nをなす部分(突出する部分)に、発熱抵抗体160で生じた熱が伝わって熱逃げが大きくなり、発熱抵抗体160の温度を精密に制御し難い。
Further, the
If the inner
しかし、本実施形態1では、空洞部111を構成する内周面110nが、仮想内周面FNよりも、沿面方向の外側に位置する。このため、シリコン基板110のうち、この内周面110nをなす部分が、発熱抵抗体160で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難くなるので、発熱抵抗体160の温度を適切に制御できる。
However, in the first embodiment, the inner
更に、本実施形態1では、シリコン基板110の内周面110nが、第1,第2開口縁110bf,110cfよりも、沿面方向の内側に向かって突出する形態(空洞部111が鼓状の形態)とされている。このため、空洞部111を構成する内周面110nが外側に向かって凹む形態(空洞部111が算盤の珠状或いはビア樽状の形態)とする場合よりも、シリコン基板110のうち空洞部111の周縁部分の体積を多く確保できるので、シリコン基板110の強度を高くできる。従って、ダイアフラム素子100の沿面方向の寸法を相対的に小型化できる。
Further, in the first embodiment, the inner
その一方で、シリコン基板110は、空洞部111を構成する内周面110nの最内部110nxが、第1主面110bから、板厚方向TAのうち第2主面110c側に向かってシリコン基板111の厚みの3分の1以上離れた形態とされている。このため、シリコン基板110のうち、この最内部110nxをなす部分が、発熱抵抗体160で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難くなり、発熱抵抗体160で発生した熱の大きな放熱を抑制することができる。
On the other hand, in the
また、第1主面側絶縁層120のうち、シリコン基板110の第1主面110bに接する第1−1絶縁層121が、シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる。このため、後述するように、シリコン基板110を第2主面110c側からエッチングして空洞部111を形成する際に、この第1−1絶縁層121によって第1主面110b側が保護されるので、第1主面110b側が必要以上にエッチングされることを防止できている。従って、空洞部111が必要以上に大きく形成されることを防止できている。
Further, in the first main surface
次いで、上記ダイアフラム素子100の製造方法について、図2〜図11を参照しつつ説明する。
まず、洗浄したシリコン基板110(空洞部111が形成されていない状態の板状のシリコン基板)を用意する(図2参照)。そして、接触絶縁層形成工程において、このシリコン基板110の第1主面110bに、シリコン基板110をエッチングするシリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる第1−1絶縁層(接触絶縁層)121を形成する。具体的には、このシリコン基板110を熱酸化させて、第1,第2主面110b,110cの全面に、厚み0.1μmの酸化シリコン膜からなるベタ状の第1−1絶縁層121及び第2−1絶縁層141を形成する。
Next, a method for manufacturing the
First, a cleaned silicon substrate 110 (a plate-like silicon substrate in which the
その後、犠牲層形成工程において、シリコン基板110の第1主面110bのうち、空洞対面部120eに対向する部位の上方(空洞部111の上方)に、シリコンエッチング処理液によりエッチングされる材質からなる犠牲層126を形成する。具体的には、低圧CVD法(LP−CVD法)により、第1−1絶縁層121上及び第2−1絶縁層141上に、厚み0.1μmのベタ状のポリシリコン膜をそれぞれ形成する。その後、図2に示すように、第1主面110b側のポリシリコン膜をパターニングして、沿面方向の中央に位置する所定形状(具体的には、空洞対面部120e及び空洞部111と同様な平面視矩形状)のポリシリコン膜とする。この第1主面110b側のポリシリコン膜は、後述する工程(具体的には、空洞部形成工程のうちの第3エッチング工程)でエッチング除去されて消失する犠牲層126である。そして、第2主面110c側に形成したポリシリコン膜は全て除去した。
Thereafter, in the sacrificial layer forming step, the first
次に、被覆絶縁層形成工程において、シリコン基板110の第1主面110b側に、犠牲層126全体を覆う形態で、シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる第1−2絶縁層(被覆絶縁層)122を形成する。具体的には、低圧CVD法(LP−CVD法)により、シリコン基板110の第1,第2主面110b,110c側の全体に、厚み0.2μmの窒化シリコン膜からなる引張り応力膜を形成する。これらの窒化シリコン膜が第1−2絶縁層122と第2−2絶縁層143である(図3参照)。これにより、第2主面側110cには、2層からなる第2主面側絶縁層140が形成される。
その後、プラズマCVD法により、図3に示すように、第1主面110b側の第1−2絶縁層122上に、厚み0.1μmの酸化シリコン膜からなる圧縮応力膜を形成する。この酸化シリコン膜が第1−3絶縁層123である。
Next, in the covering insulating layer forming step, a 1-2 insulating layer made of a material that is substantially not etched by the silicon etching treatment liquid in a form that covers the entire
Thereafter, as shown in FIG. 3, a compressive stress film made of a silicon oxide film having a thickness of 0.1 μm is formed on the first-second
次に、第1主面110b側の第1−3絶縁層123上に、金属(例えば白金)をスパッタリングしてその金属膜(白金膜)を形成し、しかる後、この白金膜をパターンニングする。これにより、図4に示すように、発熱抵抗体160や電極パッド171等が形成される。
Next, a metal (for example, platinum) is sputtered on the first-3
次に、プラズマCVD法により、第1主面110b側の全体に、厚み0.1μmの酸化シリコン膜からなる圧縮応力膜を形成する。この酸化シリコン膜が第1−4絶縁層124である。その後、低圧CVD法(LP−CVD法)により、図5に示すように、第1主面110b側の第1−4絶縁層124上に、厚み0.2μmの窒化シリコン膜からなる引張り応力膜を形成する。この窒化シリコン膜が第1−5絶縁層125を形成する。これにより、第1主面110b側に、5層からなる第1主面側絶縁層120が形成される。
その後、第1−4絶縁層124及び第1−5絶縁層125をパターニングして、第1−4絶縁層124及び第1−5絶縁層125を貫通し、底面に電極パッド171が露出するビア孔120hを、電極パッド171上に形成する。
Next, a compressive stress film made of a silicon oxide film having a thickness of 0.1 μm is formed on the entire first
After that, the first to fourth insulating
次に、第1主面110b側に、金属(例えば金)をスパッタリングして、その金属膜(Au膜)を形成し、しかる後、図6に示すように、このAu膜を所定形状にパターンニングして、ビア導体173を形成する。これにより、電極パッド171とビア導体173とからなる電極端子170が形成される。
次に、図7に示すように、第2主面側絶縁層140をパターニングし、空洞部111に対向する位置の第2主面側絶縁層140を除去して開口140hを形成する。
Next, a metal (for example, gold) is sputtered on the first
Next, as shown in FIG. 7, the second main surface
次に、空洞部形成工程において、複数回(具体的には5回)のエッチングを行うことにより、シリコン基板110に前述した空洞部111を形成すると共に、犠牲層126を除去する。
まず、空洞部形成工程のうちの第1エッチング工程において、シリコンエッチング処理液により、シリコン基板110を第2主面110c側から第1主面110bに達するまでエッチングして、自身の内部に第1−1絶縁層(接触絶縁層)121が露出する穴101hを形成する(図8参照)。この段階における穴101hは、シリコン基板110に形成された開口110hのみからなる。
Next, in the hollow portion forming step, etching is performed a plurality of times (specifically, five times), thereby forming the above-described
First, in the first etching step of the cavity forming step, the
具体的には、シリコンエッチング処理液である異方性エッチング液(具体的にはKOHまたはTMAH)により、図8に示すように、第2主面側絶縁層140の開口140h内に露出するシリコン基板110を、第1主面側絶縁層120(第1−1絶縁層121)に達するまでシリコンエッチングする。これにより、シリコン基板110には、第1主面側絶縁層120(第1−1絶縁層121)の中央部(第1露出部121r1)が底面に露出し、第1主面110b側が小さく、第2主面110c側が大きな断面台形状の開口110h(穴101h)が形成される。この開口110hを構成する内周面110hrは、全体が(111)面である。
Specifically, silicon exposed in the
次に、空洞部形成工程のうちの第2エッチング工程において、シリコン基板110をエッチングすることなく、第1−1絶縁層(接触絶縁層)121をエッチングする接触絶縁層用エッチング処理液により、穴101h内に露出する接触絶縁層121の第1露出部121r1をエッチング除去して、穴101h内に犠牲層126を露出させる。
具体的には、接触絶縁層用エッチング処理液であるフッ酸により、図9に示すように、シリコン基板110の開口110h(穴101h)内に露出する第1−1絶縁層121の第1露出部121r1を、エッチング(酸化シリコンエッチング)除去して、第1−1絶縁層121に開口121h1を形成する。これにより、シリコン基板110の開口110hと第1−1絶縁層121の開口121h1とからなる穴101h内には、犠牲層126の中央部(露出部126r)が露出する。
Next, in the second etching step of the cavity forming step, the holes are formed by the contact insulating layer etching treatment liquid that etches the 1-1 insulating layer (contact insulating layer) 121 without etching the
Specifically, as shown in FIG. 9, the first exposure of the 1-1
次に、空洞部形成工程のうちの第3エッチング工程において、シリコンエッチング処理液により、犠牲層126全体をエッチング除去して、穴101h内に第1−1絶縁層(接触絶縁層)121及び第1−2絶縁層(被覆絶縁層)122を露出させる。
具体的には、KOHまたはTMAH等の異方性エッチング液(シリコンエッチング処理液)により4時間〜5時間程度処理して、図10に示すように、犠牲層126をエッチング(ポリシリコンエッチング)する。これにより、犠牲層126は、第1−1絶縁層121に開口121h1内に露出する露出部126r(図9参照)だけでなく、第1−1絶縁層121と第1−2絶縁層122との層間に配置された部分も、エッチング除去される。つまり、犠牲層126全体がエッチング除去される。
Next, in the third etching step of the cavity forming step, the entire
Specifically, the
その結果、犠牲層126が存在していた部分が開口126hとなり、第1−1絶縁層121のうち、犠牲層126に接していた部分が、第2露出部121r2となって、シリコン基板110の開口110hと、第1−1絶縁層121の開口121h1と、犠牲層126の除去によりできた開口126hとからなる穴101h内に露出する。また、第1−2絶縁層122のうち、犠牲層126に接していた部分も、露出部122rとなって、穴101h内に露出する。
As a result, the portion where the
本実施形態1では、ポリシリコンにより犠牲層126を形成しているので、犠牲層126を酸化シリコンで形成した場合(エッチング時間は例えば20時間〜40時間)に比して、エッチング時間が短くて済む(エッチング時間は4時間〜5時間)。しかも、この犠牲層126のエッチングに用いる異方性エッチング液(KOH、TMAH等)は、フッ酸に比して、窒化シリコン膜に対するエッチングレートが100分の1程度と小さい。このため、窒化シリコン膜からなる第1−2絶縁層122にほとんど影響はない。
また、本実施形態1では、シリコン基板110と犠牲層126との間に酸化シリコンからなる第1−1絶縁層121を形成してあるので、このエッチングの際にシリコン基板110の第1主面110b側がエッチングされることを防止できる。
In the first embodiment, since the
In the first embodiment, since the 1-1
次に、空洞部形成工程のうちの第4エッチング工程において、接触絶縁層用エッチング処理液により、穴101h内に露出する第1−1絶縁層(接触絶縁層)121の第2露出部121r2をエッチング除去して、穴101h内にシリコン基板110hの第1主面110bを露出させる。
具体的には、接触絶縁層用エッチング処理液であるフッ酸により、図11に示すように、第1−1絶縁層121のうち、穴101h(開口126h)内に露出する第2露出部121r2を、エッチング(酸化シリコンエッチング)除去する。これにより、第1−1絶縁層121の第2露出部121r2が存在していた部分が開口121h2となり、シリコン基板110の第1主面110bのうち、第1−1絶縁層121の第2露出部121r2に接していた部分(露出面110br1)が、シリコン基板110の開口110hと、第1−1絶縁層121の開口121h2と、犠牲層126の除去によりできた開口126hとからなる穴101h内に露出する。この露出面110br1は、第1主面110bの一部であるので(100)面をなす。一方、シリコン基板110の開口110hを構成する内周面110hrは、前述のように(111)面である。
Next, in the fourth etching step of the cavity portion forming step, the second exposed portion 121r2 of the first-1 insulating layer (contact insulating layer) 121 exposed in the
Specifically, as shown in FIG. 11, the second exposed portion 121r2 exposed in the
次に、空洞部形成工程のうちの第5エッチング工程において、シリコンエッチング処理液により、開口101内に露出する第1主面110bの露出面110br1からシリコン基板110をエッチングして、空洞部111を形成する。
具体的には、シリコンエッチング処理液である異方性エッチング液(具体的にはKOHまたはTMAH)により、穴101h内に露出するシリコン基板110をシリコンエッチングする。その際、シリコン基板110は、(111)面よりも(100)面の方がエッチングされやすいので、シリコン基板110の開口110hを構成する内周面110hrよりも、第1−1絶縁層121の開口121h2内に露出する露出面110br1の方が速やかにエッチングされる。このシリコンエッチングが進むにつれて、(100)面が無くなっていく。そして、図1に示す空洞部111が形成される。かくして、ダイアフラム素子100が完成する。
Next, in a fifth etching step of the cavity forming step, the
Specifically, the
以上で説明したように、本実施形態1のダイアフラム素子100の製造方法では、前述の接触絶縁層形成工程、犠牲層形成工程、被覆絶縁層形成工程及び空洞部形成工程を備え、空洞部形成工程が前述の第1エッチング工程〜第5エッチング工程を備えるので、空洞部111の沿面方向の寸法を従来の断面台形状の空洞部よりも、容易に小さくできる。空洞部111の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板110の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板110のうち、空洞部111の周りを構成する部分の体積も十分に確保できる。従って、強度を確保しつつ、沿面方向について小型化したダイアフラム素子100を、容易に製造できる。
また、前述の各工程を備えることで、シリコン基板110を、空洞部111を実際に構成する内周面110nが、仮想内周面FNよりも外側に位置する形態とすることができるので、シリコン基板110のうち、この内周面110nをなす部分が、発熱抵抗体160で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難く、発熱抵抗体160の温度を適切に制御できるダイアフラム素子100を、容易に製造できる。
As described above, the manufacturing method of the
In addition, by providing the above-described steps, the
(実施形態2)
次いで、第2の実施形態について説明する。上記実施形態1のダイアフラム素子100では、シリコン基板110の内周面110nが、第1,第2開口縁110bf,110cfよりも沿面方向の内側に向かって突出する形態とされている。これに対し、本実施形態2のダイアフラム素子200では、シリコン基板110の内周面110mが、第1,第2開口縁110bf,110cfよりも沿面方向の外側に向かって凹む形態とされている。それ以外は、上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図12に、本実施形態2のダイアフラム素子200を示す。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described. In the
本実施形態2のダイアフラム素子200も、上記実施形態1のダイアフラム素子100と同様に、シリコン基板110、第1主面側絶縁層120、第2主面側絶縁層140、発熱抵抗体160等から構成されている。
シリコン基板110には、板厚方向TAに貫通する空洞部211が形成されている。空洞部211の第1主面110b側の第1開口縁110bfと、第2主面110c側の第2開口縁110cfとを板厚方向TAに透視して重ねて見たときに、第1開口縁110bfと第2開口縁110cfとが同じ位置EM1に重なる。
Similarly to the
In the
また、第1開口縁110bf及び第2開口縁110cfをそれぞれ起点として、面方位が(111)面で、沿面方向の内側に向かって突出する内周面を仮想してこれを仮想内周面FNとすると、空洞部111を実際に構成する内周面110mは、その全体がこの仮想内周面FNよりも、沿面方向の外側に位置している。より具体的には、この内周面110mは、上記実施形態1の内周面110nとは異なり、第1,第2開口縁110bf,110cfよりも沿面方向の外側に向かって凹んだ形態(空洞部211が算盤の珠状或いはビア樽状の形態)をなす。
Further, with the first opening edge 110bf and the second opening edge 110cf as the starting points, the inner peripheral surface protruding inward in the creeping direction is assumed as the virtual inner peripheral surface FN with the (111) plane orientation. Then, the entire inner
このようなダイアフラム素子200も、シリコン基板110が、第1主面110bの第1開口縁110bfと第2主面110cの第2開口縁110cfとが沿面方向の同じ位置EM1にある形態とされている。このため、空洞部211の沿面方向の寸法が従来よりも小さくできている。空洞部211の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板110の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板110のうち、空洞部211の周縁部分の体積も十分に確保できる。従って、シリコン基板110(ダイアフラム素子200)の強度を確保しつつ、ダイアフラム素子200を沿面方向について小型化できる。
Also in such a
また、本実施形態2では、空洞部211を構成する内周面110mが、第1,第2開口縁110bf,110cfよりも沿面方向の外側に向かって凹んだ形態をなすので、シリコン基板110のうち、この内周面110mをなす部分が、発熱抵抗体160で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難くなり、発熱抵抗体160で発生した熱の大きな放熱を抑制することができる。その他、上記実施形態1と同様な部分は、同様な作用効果を奏する。
In the second embodiment, the inner
なお、このダイアフラム素子200は、次のように製造する。まず、上記実施形態1と同様にして、犠牲層126をエッチング除去し、これにより露出した第1−1絶縁層121の第2露出部121r2をエッチング除去するまでの各工程(接触絶縁層形成工程、犠牲層形成工程、被覆絶縁層形成工程、空洞部形成工程のうちの第1〜第4エッチング工程等)を行う(図2〜図11参照)。その後、空洞部形成工程のうちの第5エッチング工程において、シリコンエッチング処理液である異方性エッチング液(具体的にはKOHまたはTMAH)で、穴101h内に露出するシリコン基板110をシリコンエッチングする際に、エッチング時間を上記実施形態1よりも長くして、シリコン基板110をより多くエッチングする。そうすると、図12に示す空洞部211が形成され、本実施形態2のダイアフラム素子200が完成する。
The
(実施形態3)
次いで、第3の実施形態について説明する。上記実施形態1のダイアフラム素子100では、空洞部111の第1開口縁110bfと第2開口縁110cfとが、沿面方向の同じ位置EM1に存在する。これに対し、本実施形態2のダイアフラム素子300では、空洞部311の第1開口縁110bfよりも第2開口縁110cgが、沿面方向の内側に位置する。それ以外は、上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図13に、本実施形態3のダイアフラム素子300を示す。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment will be described. In the
本実施形態3のダイアフラム素子300も、上記実施形態1のダイアフラム素子100と同様に、シリコン基板110、第1主面側絶縁層120、第2主面側絶縁層140、発熱抵抗体160等から構成されている。
このシリコン基板110には、板厚方向TAに貫通する空洞部311が形成されている。この空洞部311を構成する内周面110pは、第1,第2開口縁110bf,110cgよりも沿面方向の内側に向かって突出する形態(空洞部311が鼓状の形態)をなす。また、空洞部311の第1主面110b側の第1開口縁110bfと、第2主面110c側の第2開口縁110cgとを板厚方向TAに透視して重ねて見たときに、第2開口縁110cgの位置EM2が、第1開口縁110bfの位置EM1よりも内側に存在する。
Similarly to the
In the
ここで、第1開口縁110bfを起点として、面方位が(111)面であり、かつ、第1主面110bに沿う沿面方向(図1においては、左右方向)の内側(径方向内側)に向かって延びる面を仮想してこれを第1仮想面G1とする。また、第2開口縁110cgを起点として、面方位が(111)面であり、かつ、沿面方向の内側に向かって延びる面を仮想してこれを第2仮想面G2とする。そして、これら第1仮想面G1及び第2仮想面G2から、第1開口縁110bf及び第2開口縁110cgをそれぞれ起点として、面方位が(111)面であり、かつ、内側に向かって突出する仮想内周面GNを想定する(図13中に破線で示す)。そうすると、空洞部311を実際に構成する内周面110pは、その全体がこの仮想内周面GNよりも、沿面方向の外側(径方向外側)に位置している。
Here, with the first opening edge 110bf as a starting point, the plane orientation is the (111) plane, and the inside (radially inward) inside the creeping direction (left-right direction in FIG. 1) along the first
また、板厚方向TAにおいて、内周面110pのうち、最も沿面方向の内側に位置する最内部110pxの位置AM4は、第1主面110bの位置AM2から、第2主面110cの位置AM3側にシリコン基板110の厚みの3分の1以上離れている。具体的には、シリコン基板110の厚みは0.40mmであり、最内部110pxの位置AM4は、第1主面110bの位置AM2から第2主面110cの位置AM3側に、0.18mm離れている。
Further, in the plate thickness direction TA, the position AM4 of the innermost 110px located on the innermost side in the creeping direction on the inner
このようなダイアフラム素子300は、シリコン基板110が、空洞部311の第2主面110c側の第2開口縁110cgが、第1主面110b側の第1開口縁110bfよりも沿面方向の内側にある形態とされている。このため、空洞部311の沿面方向の寸法が従来よりも小さくできている。空洞部311の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板110の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板110のうち、空洞部311の周縁部分の体積も十分に確保できる。従って、シリコン基板110(ダイアフラム素子300)の強度を確保しつつ、ダイアフラム素子300を沿面方向について小型化できる。その他、上記実施形態1と同様な部分は、同様な作用効果を奏する。
In such a
なお、このダイアフラム素子300は、上記実施形態1のダイアフラム素子100と同様な各工程(接触絶縁層形成工程、犠牲層形成工程、被覆絶縁層形成工程、空洞部形成工程等)を行うことにより製造することが可能であり、詳細には、第2主面側絶縁層140をパターニングする工程で、エッチング除去する部分の寸法を上記実施形態1よりも小さくすればよい。
The
(実施形態4)
次いで、第4の実施形態について説明する。上記実施形態1のダイアフラム素子100では、第1主面側絶縁層120の空洞対面部120eのうち、空洞部111に面する部分が、製造時に犠牲層126を形成した分だけ、空洞部111とは反対側に(図1中、上方に)凹んでいる。これに対し、図14に示す本実施形態4のダイアフラム素子400では、 第1主面側絶縁層120の空洞対面部120jにそのような凹みがなく、略平坦とされている。それ以外は、上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment will be described. In the
本実施形態4のダイアフラム素子400も、シリコン基板110、第1主面側絶縁層120、第2主面側絶縁層140、発熱抵抗体160等から構成されている。このうちシリコン基板110、第2主面側絶縁層140、発熱抵抗体160等は、上記実施形態1と同様である。
一方、第1主面側絶縁層120は、上記実施形態1とは異なり、図14に示すように、第1主面側絶縁層120の空洞対面部120j(ダイアフラム部)のうち、空洞部111に面する部分に、上記実施形態1のような凹みがなく、略平坦である。
The
On the other hand, the first main surface
このようなダイアフラム素子400も、シリコン基板110が、空洞部111の第1主面110b側の第1開口縁110bfと第2主面110c側の第2開口縁110cfとが沿面方向の同じ位置に重なる形態とされている。このため、空洞部111の沿面方向の寸法が従来よりも小さくできている。従って、ダイアフラム素子400も沿面方向について小型化できる。その他、上記実施形態1と同様な部分は、同様な作用効果を奏する。
Also in such a
次いで、このダイアフラム素子400の第1の製造方法について説明する。
まず、シリコン基板110を用意する。そして、ドライエッチングにより、図15に示すように、この第1主面110bの中央の所定位置に凹部110iを形成する。
Next, a first manufacturing method of the
First, a
次に、接触絶縁層形成工程において、このシリコン基板110を熱酸化させて、第1主面110b及び第2主面110cの全面に、厚み0.1μmの酸化シリコン膜からなるベタ状の第1−1絶縁層(接触絶縁層)121及び第2−1絶縁層141を形成する(図16参照)。
その後、犠牲層形成工程において、第1−1絶縁層121上及び第2−1絶縁層141上に、厚み0.1μmのベタ状のポリシリコン膜を形成する。その後更に、図16に示すように、第1主面110b側のポリシリコン膜をパターニングして、沿面方向の中央に位置する所定形状(具体的には、空洞対面部120i及び空洞部111と同様な平面視矩形状)のポリシリコン膜とする。この第1主面110b側のポリシリコン膜は、後述する工程(具体的には、空洞部形成工程のうちの第3エッチング工程)でエッチング除去されて消失する犠牲層126である。そして、第2主面110c側に形成したポリシリコン膜は全て除去した。
Next, in the contact insulating layer forming step, the
Thereafter, in the sacrificial layer forming step, a solid polysilicon film having a thickness of 0.1 μm is formed on the 1-1
本実施形態4では、図16に示すように、犠牲層126を形成した状態で、第1主面110b側が平坦となる。従って、この上に形成する第1−2絶縁層122、第1−3絶縁層123、第1−4絶縁層124及び第1−5絶縁層125も平坦となる。よって、第1主面側絶縁層120(空洞対面部120j)を平坦に形成できる。なお、その後の工程(被覆絶縁層形成工程、空洞部形成工程等)は、上記実施形態1と同様にして、ダイアフラム素子400を製造すればよい。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 16, the first
次いで、このダイアフラム素子400の第2の製造方法について説明する。
まず、シリコン基板110を用意する。そして、このシリコン基板110を熱酸化させて、第1主面110b及び第2主面110cの全面に、酸化シリコン膜421,441を形成する(図17参照)。
その後、低圧CVD法(LP−CVD法)により、酸化シリコン膜421,441上に、窒化シリコン膜422,442を形成する。その後、図17に示すように、第1主面110b側に窒化シリコン膜422をパターニングして、その中央に開口422hを形成する。これにより、開口422h内には、第1主面110b側の酸化シリコン膜421の中央部(露出部421r)が露出する。
Next, a second manufacturing method of the
First, a
Thereafter,
次に、このシリコン基板110の第1主面110b側を熱酸化させて、図18に示すように、窒化シリコン膜422から露出した酸化シリコン膜421の露出部421rを更に厚く形成する。
その後、第1,第2主面110b,110cの窒化シリコン膜422,442をすべて除去し、更に、酸化シリコン膜421,441もすべて除去する。そうすると、第1主面側に凹部を有するシリコン基板110が形成される(図15参照)。従って、その後は、第1の製造方法と同様にして、ダイアフラム素子400を製造すればよい。
Next, the first
Thereafter, all of the
(実施形態5)
次いで、第5の実施形態について説明する。上記実施形態5のダイアフラム素子600は、第1主面側絶縁層620の形態が、上記実施形態1のダイアフラム素子100の第1主面側絶縁層120の形態と異なる。また、ダイアフラム素子600の製造方法が、上記実施形態1のダイアフラム素子100の製造方法と異なる。それ以外は、上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment will be described. In the
図20に、本実施形態5のダイアフラム素子600を示す。このダイアフラム素子600は、上記実施形態1と同様なシリコン基板110を有する。このシリコン基板110の第1主面110b上には、複数層からなる第1主面側絶縁層620が積層され、また、第2主面110c上には、複数層からなる第2主面側絶縁層640が積層されている。
FIG. 20 shows a
このうち第1主面側絶縁層620は、5層の絶縁層621,622,623,624,625から構成されている。具体的には、第1主面側絶縁層620は、シリコン基板110の第1主面110bに接する、上記実施形態1と同様な第1−1絶縁層(接触絶縁層)621を有する。
また、第1主面側絶縁層620は、この第1−1絶縁層621上に形成された第1−2絶縁層(被覆絶縁層)622を有する。上記実施形態1の第1−2絶縁層122(図1参照)は、空洞部111に面する部分が平坦であったのに対し、本実施形態5の第1−2絶縁層622は、空洞部111に面する部分に凹凸がある。この相違は、後述する製造方法の違いに起因するものである。
Among these, the 1st main surface
The first main surface
また、第1主面側絶縁層620は、この第1−2絶縁層622上に形成された、上記実施形態1と同様な第1−3絶縁層623を有する。また、第1主面側絶縁層620は、この第1−3絶縁層623上に形成された、上記実施形態1と同様な第1−4絶縁層624を有する。また、第1主面側絶縁層620は、この第1−4絶縁層624上に形成された、上記実施形態1と同様な第1−5絶縁層625を有する。
Further, the first main surface
第2主面側絶縁層640は、2層の絶縁層641,643から構成されている。具体的には、第2主面側絶縁層640は、シリコン基板110の第2主面110cに接する、上記実施形態1と同様な第2−1絶縁層641を有する。
また、第2主面側絶縁層640は、この第2−1絶縁層641上に形成された第2−2絶縁層643を有する。この第2−2絶縁層643は、上記実施形態1の第2−2絶縁層143(図1参照)と同様である。
The second main surface
The second principal surface
なお、発熱抵抗体160は、上記実施形態1と同様に、第1主面側絶縁層620のうち、空洞部111に面する(空洞部111上に位置する)空洞対面部620eに埋設されている。また、電極端子170は、第1主面側絶縁層620のうち、空洞対面部620eの周縁をなす周縁部620gに形成されている。
The
このようなダイアフラム素子600も、シリコン基板110が上記実施形態1と同様な形態をなし、空洞部111の沿面方向の寸法が従来よりも小さくできている。空洞部111の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板110の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板110のうち、空洞部111の周縁部分の体積も十分に確保できる。従って、シリコン基板110(ダイアフラム素子600)の強度を確保しつつ、ダイアフラム素子600を沿面方向について小型化できる。その他、上記実施形態1と同様な部分は、同様な作用効果を奏する。
In the
次いで、上記ダイアフラム素子600の製造方法について、図21〜図30を参照しつつ説明する。
まず、上記実施形態1と同様に、空洞部111が形成されていない状態の板状のシリコン基板110を用意する(図21参照)。そして、接触絶縁層形成工程において、このシリコン基板110の第1主面110bに、シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる第1−1絶縁層(接触絶縁層)621を形成する。
Next, a manufacturing method of the
First, as in the first embodiment, a plate-
具体的には、このシリコン基板110を熱酸化させて、第1,第2主面110b,110cの全面に、酸化シリコン膜からなるベタ状の第1−1絶縁層621及び第2−1絶縁層641を形成する。
その後、本実施形態5では、図21に示すように、第1−1絶縁層621をパターンニングして所定形状とする。即ち、全面にベタ状に形成した第1−1絶縁層621のうち、第1主面側絶縁層620の空洞対面部620e(図20参照)に位置する部分をパターンニングして、平面視環状(具体的には平面視口字状)の第1−1絶縁層犠牲部(犠牲部)621jを形成する。この第1−1絶縁層犠牲部621jは、後述するシリコンエッチングで除去されて消失するので、ダイアフラム素子600には残らない。
Specifically, the
Thereafter, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 21, the 1-1
一方、全面にベタ状に形成した第1−1絶縁層621のうち、第1主面側絶縁層620の周縁部620g(図20参照)に位置する部分は、パターニングしないでそのまま残す。これにより、第1−1絶縁層犠牲部621jの周囲に間隙を介して、平面視環状(具体的には平面視口字状)の第1−1絶縁層周囲部(周囲部)621gが形成される。この第1−1絶縁層周囲部621gは、上述の第1−1絶縁層犠牲部621jとは異なり、除去されずに残るので、第1−1絶縁層621としてダイアフラム素子600の完成時にも存在する。
On the other hand, of the 1-1
次に、犠牲層形成工程において、シリコン基板110の第1主面110bのうち、空洞対面部620eに対向する部位の上方(空洞部111の上方)に、シリコンエッチング処理液によりエッチングされる材質からなる犠牲層626を形成する。
具体的には、低圧CVD法(LP−CVD法)により、第1主面110b側(具体的には、第1−1絶縁層621上及び第1主面110bのうち第1−1絶縁層621から露出する露出面110br2上)、並びに、第2主面110c側(第2−1絶縁層641上)に、ベタ状のポリシリコン膜をそれぞれ形成する(図22参照)。
Next, in the sacrificial layer forming step, from the material etched by the silicon etching processing solution above the portion facing the
Specifically, by the low pressure CVD method (LP-CVD method), the first
その後、図22に示すように、第1主面110b側のポリシリコン膜をパターニングして、沿面方向の中央に位置する所定形状のポリシリコン膜とする。具体的には、ベタ状に形成したポリシリコン膜のうち、第1主面側絶縁層620の周縁部620g(図20参照)に位置する部分を除去し、空洞対面部620e(図20参照)に位置する部分を残して、平面視矩形状のポリシリコン膜とする。この第1主面110b側のポリシリコン膜は、後述する工程(具体的には、空洞部形成工程)でエッチング除去されて消失する犠牲層626である。この犠牲層626は、上記実施形態1の犠牲層126と平面視同形状であるが、上記実施形態1の犠牲層126と異なり、その下側に所定パターンの第1−1絶縁層犠牲部621jが存在するので、それに倣って凹凸形状をなしている。
なお、第2主面110c側に形成したポリシリコン膜は、全て除去した。
Thereafter, as shown in FIG. 22, the polysilicon film on the first
Note that all the polysilicon film formed on the second
次に、被覆絶縁層形成工程において、シリコン基板110の第1主面110b側に、犠牲層626全体を覆う形態で、シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる第1−2絶縁層(被覆絶縁層)622を形成する。
具体的には、低圧CVD法(LP−CVD法)により、シリコン基板110の第1,第2主面110b,110c側の全体に、窒化シリコン膜からなる引張り応力膜を形成する。これらの窒化シリコン膜が第1−2絶縁層622と第2−2絶縁層643である(図23参照)。これにより、第2主面側110cには、2層からなる第2主面側絶縁層640が形成される。なお、第1−2絶縁層622は、その下側に位置する犠牲層626が凹凸形状をなしているので、それに倣って凹凸形状をなしている。
Next, in the covering insulating layer forming step, the 1-2 insulating layer made of a material that is substantially not etched by the silicon etching treatment liquid in a form that covers the entire
Specifically, a tensile stress film made of a silicon nitride film is formed on the entire first and second
次に、図23に示すように、第1主面110b側の第1−2絶縁層622上に、上記実施形態1と同様にして、酸化シリコン膜からなる圧縮応力膜を形成する。この酸化シリコン膜が第1−3絶縁層623である。
その後、図24に示すように、第1−3絶縁層623上に、上記実施形態1と同様にして、発熱抵抗体160や電極パッド171等を形成する。
その後、第1主面110b側の全体に、上記実施形態1と同様にして、酸化シリコン膜からなる第1−4絶縁層624を形成し、更に、図25に示すように、第1−4絶縁層124上に、窒化シリコン膜からなる第1−5絶縁層625を形成する。これにより、第1主面110b側に、5層からなる第1主面側絶縁層620が形成される。その後、上記実施形態1と同様にして、底面に電極パッド171が露出するビア孔620hを、電極パッド171上に形成する。
その後、図26に示すように、上記実施形態1と同様にして、ビア導体173を形成し、電極パッド171とビア導体173とからなる電極端子170を形成する。
更に、図27に示すように、上記実施形態1と同様にして、空洞部111に対向する位置の第2主面側絶縁層640を除去して開口640hを形成する。
Next, as shown in FIG. 23, a compressive stress film made of a silicon oxide film is formed on the first-second
Thereafter, as shown in FIG. 24, the
Thereafter, a first to fourth insulating
Thereafter, as shown in FIG. 26, via
Further, as shown in FIG. 27, in the same manner as in the first embodiment, the second main surface
次に、空洞部形成工程において、一回のみのエッチングを行うことで、犠牲層626を除去しつつ、シリコン基板110に前述した空洞部111を形成する(単一エッチング工程)。
即ち、このエッチングの初期段階では、シリコンエッチング処理液により、シリコン基板110を第2主面110c側から第1主面110bに達するまでエッチングして、自身の内部に、第1−1絶縁層犠牲部621jの内側(径方向内側)に位置する犠牲層626が露出する穴601hを形成する。この時点における穴601hは、シリコン基板110に形成された開口110hのみからなる。
Next, in the cavity forming process, the above-described
That is, in the initial stage of this etching, the
具体的には、シリコンエッチング処理液である異方性エッチング液(具体的にはKOHまたはTMAH)により、図28に示すように、第2主面側絶縁層640の開口640h内に露出するシリコン基板110を、第1主面側絶縁層620に達するまでエッチングする。第1−1絶縁層621は、このシリコンエッチング処理液ではエッチングされない材質からなるので、第1−1絶縁層犠牲部621jの内周縁621jkの位置で、シリコン基板110のエッチングが一旦止まる。これにより、シリコン基板110には、犠牲層626のうち、第1−1絶縁層犠牲部621jの内側に位置する平面視矩形状の中央部(露出部626r)が底面に露出し、第1主面110b側が小さく、第2主面110c側が大きな断面台形状の開口110h(穴601h)が形成される。この開口110hを構成する内周面110hrは、全体が(111)面である。
Specifically, as shown in FIG. 28, silicon exposed in the
その後更にこのシリコンエッチングを続けて、図29に示すように、犠牲層626をその中央部(露出部626r)から外側(径方向外側)に向かってエッチング除去していき、穴601h内に第1−2絶縁層(被覆絶縁層)622を露出させると共に、犠牲層626を除去した部分(開口626h)を通じて、第1−1絶縁層犠牲部621jを迂回して、第1−1絶縁層犠牲部621jの径方向外側(沿面方向の外側)に位置する第1主面110b側からシリコン基板110をエッチングする。
Thereafter, this silicon etching is further continued, and as shown in FIG. 29, the
その後更にこのシリコンエッチングを続けて、図30に示すように、犠牲層626全体をエッチング除去すると共に、第1−1絶縁層犠牲部621jの径方向外側(沿面方向の外側)に位置する第1主面110b側からシリコン基板100をエッチングする。シリコン基板110は、(111)面よりも(100)面の方がエッチングされやすいので、開口110hを構成する内周面110hrが(111)面となるように、エッチングが進む。そして更にこのシリコンエッチングを続けると、第1−1絶縁層犠牲部621jがシリコン基板110から遊離して除去され、図20に示す空洞部111が形成される。かくして、ダイアフラム素子600が完成する。
Thereafter, this silicon etching is further continued, and as shown in FIG. 30, the entire
なお、このエッチングに用いる異方性エッチング液(KOH、TMAH等)は、フッ酸に比して、窒化シリコン膜に対するエッチングレートが100分の1程度と小さい。このため、窒化シリコン膜からなる第1−2絶縁層622にほとんど影響はない。
また、シリコン基板110の第1主面110bのうち、第1主面側絶縁層620の周縁部620gに対向する部分には、第1−1絶縁層621(第1−1絶縁層周縁部621g)を形成してあるので、これに覆われたシリコン基板110の第1主面110bがエッチングされることを防止できる。
Note that an anisotropic etching solution (KOH, TMAH, etc.) used for this etching has a small etching rate of about 1/100 of the silicon nitride film as compared with hydrofluoric acid. For this reason, there is almost no influence on the 1-2
Further, a portion of the first
以上で説明したように、本実施形態5のダイアフラム素子600の製造方法では、前述の接触絶縁層形成工程、犠牲層形成工程、被覆絶縁層形成工程及び空洞部形成工程を備えるので、空洞部111の沿面方向の寸法を従来の断面台形状の空洞部よりも、容易に小さくできる。空洞部111の沿面方向の寸法を小さくすることで、シリコン基板110の沿面方向の寸法を小さくしても、シリコン基板110のうち、空洞部111の周りを構成する部分の体積も十分に確保できる。従って、強度を確保しつつ、沿面方向について小型化したダイアフラム素子600を、容易に製造できる。
As described above, the manufacturing method of the
また、前述の各工程を備えることで、シリコン基板110を、空洞部111を実際に構成する内周面110nが、仮想内周面FNよりも外側に位置する形態とすることができるので、シリコン基板110のうち、この内周面110nをなす部分が、発熱抵抗体160で生じた熱の熱逃げに影響を及ぼし難く、発熱抵抗体160の温度を適切に制御できるダイアフラム素子600を、容易に製造できる。特に本実施形態5では、空洞部形成工程を一回のエッチングにより行うことができ、上記実施形態1〜4に比して、空洞部形成工程を簡素化できるので、ダイアフラム素子600を、上記実施形態1〜4よりも容易かつ安価に製造できる。
In addition, by providing the above-described steps, the
以上において、本発明を実施形態1〜5に即して説明したが、本発明は上述の実施形態1〜5に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態1〜5では、センサ部を有しないダイアフラム素子100,200,300,400,600を例示したが、例えば、図19に示すように、第1主面101b側に、発熱抵抗体160により加熱されて機能するセンサ部580を更に設けて、物理量センサ素子や化学センサ素子などのダイアフラム素子500とすることもできる。
In the above, the present invention has been described with reference to the first to fifth embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described first to fifth embodiments, and is appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Needless to say, it can be done.
For example, in the first to fifth embodiments, the
100,200,300,400,500,600 ダイアフラム素子
110 シリコン基板
110b 第1主面
110c 第2主面
110bf 第1開口縁
110cf,110cg 第2開口縁
110n,110m,110p 内周面
110nx,110px 最内部
111,211,311 空洞部
120,620 第1主面側絶縁層
120e,120j,620e 空洞対面部
121,621 第1−1絶縁層(接触絶縁層)
140,640 第2主面側絶縁層
160 発熱抵抗体
170 電極端子
EM1,EM2 位置
AM1,AM2,AM3,AM4 位置
FN,GN 仮想内周面
TA 板厚方向
100, 200, 300, 400, 500, 600
140,640 Second main surface
Claims (7)
前記シリコン基板の前記第1主面上及び前記空洞部を閉塞する形態に形成され、複数層を積層してなる絶縁層と、
前記絶縁層のうち、前記空洞部に面する空洞対面部に埋設され、通電により発熱する発熱抵抗体と、
を備えるダイアフラム素子であって、
前記シリコン基板は、
前記空洞部のうちの前記第1主面側の第1開口縁と前記第2主面側の第2開口縁とを板厚方向に重ねて見たときに、前記第2開口縁が、前記第1開口縁と重なる、またはこれよりも内側に位置する形態とされてなり、かつ、
前記第1開口縁及び前記第2開口縁を起点として、面方位が{111}面であり、かつ、内側に向かって突出する鼓状の仮想内周面を仮想したときに、前記空洞部を実際に構成する内周面が、この仮想内周面よりも外側に位置する形態とされてなる
ダイアフラム素子。 Silicon made of silicon, having a plate shape having a first main surface and a second main surface forming the back surface, and having a cavity that penetrates between the first main surface and the second main surface in the plate thickness direction A silicon substrate, wherein the first main surface and the second main surface have a {100} plane,
An insulating layer formed on the first main surface of the silicon substrate and in the form of closing the cavity, and formed by laminating a plurality of layers;
Of the insulating layer, a heating resistor embedded in a cavity facing part facing the cavity and generating heat by energization;
A diaphragm element comprising:
The silicon substrate is
When the first opening edge on the first main surface side and the second opening edge on the second main surface side of the hollow portion are viewed in the thickness direction, the second opening edge is It is configured to overlap with or be located inside the first opening edge, and
When the surface orientation is a {111} plane starting from the first opening edge and the second opening edge, and the drum-like virtual inner peripheral surface protruding inward is assumed, the cavity portion is A diaphragm element in which an inner peripheral surface that is actually configured is positioned outside the virtual inner peripheral surface.
前記シリコン基板は、
前記空洞部を構成する前記内周面が、前記第1開口縁及び前記第2開口縁よりも内側に向かって突出する形態とされてなる
ダイアフラム素子。 The diaphragm element according to claim 1,
The silicon substrate is
A diaphragm element in which the inner peripheral surface constituting the hollow portion protrudes inward from the first opening edge and the second opening edge.
前記シリコン基板は、
前記空洞部を構成する前記内周面のうち、最も内側に位置する最内部が、前記第1主面から、前記板厚方向の前記第2主面側に向かって前記シリコン基板の厚みの3分の1以上離れた形態とされてなる
ダイアフラム素子。 The diaphragm element according to claim 2, wherein
The silicon substrate is
Among the inner peripheral surfaces constituting the hollow portion, the innermost portion located on the innermost side is 3 of the thickness of the silicon substrate from the first main surface toward the second main surface in the plate thickness direction. Diaphragm element formed in a form separated by 1 / min or more.
前記絶縁層のうち、前記シリコン基板の前記第1主面に接する接触絶縁層は、前記シリコン基板をエッチングするシリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる
ダイアフラム素子。 It is a diaphragm element as described in any one of Claims 1-3, Comprising:
Of the insulating layers, the contact insulating layer in contact with the first main surface of the silicon substrate is a diaphragm element made of a material that is not substantially etched by a silicon etching treatment solution for etching the silicon substrate.
前記シリコン基板の前記第1主面上及び前記空洞部を閉塞する形態に形成され、複数層を積層してなる絶縁層と、
前記絶縁層のうち、前記空洞部に面する空洞対面部に埋設され、通電により発熱する発熱抵抗体と、
を備えるダイアフラム素子の製造方法であって、
前記空洞部が形成されていない状態の前記シリコン基板のうち前記第1主面に、このシリコン基板をエッチングするシリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる接触絶縁層を形成する接触絶縁層形成工程と、
前記接触絶縁層形成工程後、前記シリコン基板の前記第1主面のうち、前記空洞対面部に対向する部位の上方に、前記シリコンエッチング処理液によりエッチングされる材質からなる犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層形成工程後、前記シリコン基板の前記第1主面側に、少なくとも前記犠牲層全体を覆う形態で、前記シリコンエッチング処理液では実質的にエッチングされない材質からなる被覆絶縁層を形成する被覆絶縁層形成工程と、
前記被覆絶縁層形成工程後、一又は複数回のエッチングを行うことにより、前記シリコン基板に前記空洞部を形成すると共に、前記犠牲層を除去し、前記シリコン基板を、前記空洞部のうちの前記第1主面側の第1開口縁と前記第2主面側の第2開口縁とを板厚方向に重ねて見たときに、前記第2開口縁が、前記第1開口縁と重なる、またはこれよりも内側に位置する形態とすると共に、前記第1開口縁及び前記第2開口縁を起点として、面方位が{111}面であり、かつ、内側に向かって突出する鼓状の仮想内周面を仮想したときに、前記空洞部を実際に構成する内周面が、この仮想内周面よりも外側に位置する形態とする空洞部形成工程と、
を備えるダイアフラム素子の製造方法。 Silicon made of silicon, having a plate shape having a first main surface and a second main surface forming the back surface, and having a cavity that penetrates between the first main surface and the second main surface in the plate thickness direction A silicon substrate, wherein the first main surface and the second main surface have a {100} plane,
An insulating layer formed on the first main surface of the silicon substrate and in the form of closing the cavity, and formed by laminating a plurality of layers;
Of the insulating layer, a heating resistor embedded in a cavity facing part facing the cavity and generating heat by energization;
A manufacturing method of a diaphragm element comprising:
A contact insulation layer that forms a contact insulation layer made of a material that is not substantially etched by a silicon etching treatment liquid that etches the silicon substrate on the first main surface of the silicon substrate in which the cavity is not formed. Forming process;
After the contact insulating layer forming step, a sacrificial layer is formed on the first main surface of the silicon substrate above a portion facing the cavity facing portion, and a sacrificial layer made of a material etched by the silicon etching treatment solution is formed. A layer forming step;
After the sacrificial layer forming step, a coating that forms a coating insulating layer made of a material that is not substantially etched by the silicon etching treatment liquid in a form that covers at least the entire sacrificial layer on the first main surface side of the silicon substrate. An insulating layer forming step;
After the covering insulating layer forming step, the cavity is formed in the silicon substrate by performing etching once or a plurality of times, the sacrificial layer is removed, and the silicon substrate is removed from the cavity. When the first opening edge on the first main surface side and the second opening edge on the second main surface side are overlapped in the thickness direction, the second opening edge overlaps with the first opening edge, Or it is set as the form located inside this, and the surface orientation is a {111} plane from the 1st opening edge and the 2nd opening edge, and it is a drum-like virtual projecting toward the inside When the inner peripheral surface is hypothesized, a hollow portion forming step in which the inner peripheral surface that actually configures the hollow portion is located outside the virtual inner peripheral surface; and
A method for manufacturing a diaphragm element comprising:
前記接触絶縁層形成工程では、
前記接触絶縁層を前記第1主面の全面に形成し、
前記犠牲層形成工程では、
前記接触絶縁層上に前記犠牲層を形成し、
前記空洞部形成工程は、
前記シリコンエッチング処理液により、前記シリコン基板を前記第2主面側から前記第1主面に達するまでエッチングして、自身の内部に前記接触絶縁層が露出する穴を形成する第1エッチング工程と、
前記第1エッチング工程後、前記シリコン基板をエッチングすることなく、前記接触絶縁層をエッチングする接触絶縁層用エッチング処理液により、前記穴内に露出する前記接触絶縁層の第1露出部をエッチング除去して、前記穴内に前記犠牲層を露出させる第2エッチング工程と、
前記第2エッチング工程後、前記シリコンエッチング処理液により、前記犠牲層全体をエッチング除去して、前記穴内に前記接触絶縁層及び前記被覆絶縁層を露出させる第3エッチング工程と、
前記第3エッチング工程後、前記接触絶縁層用エッチング処理液により、前記穴内に露出する前記接触絶縁層の第2露出部をエッチング除去して、前記穴内に前記シリコン基板の前記第1主面を露出させる第4エッチング工程と、
前記第4エッチング工程後、前記シリコンエッチング処理液により、前記穴内に露出する前記第1主面の露出面から前記シリコン基板をエッチングして、前記空洞部を形成する第5エッチング工程と、を有する
ダイアフラム素子の製造方法。 A manufacturing method of a diaphragm element according to claim 5,
In the contact insulating layer forming step,
Forming the contact insulating layer on the entire surface of the first main surface;
In the sacrificial layer forming step,
Forming the sacrificial layer on the contact insulating layer;
The cavity forming step includes
A first etching step of etching the silicon substrate from the second main surface side to the first main surface with the silicon etching treatment liquid to form a hole in which the contact insulating layer is exposed; ,
After the first etching step, the first exposed portion of the contact insulating layer exposed in the hole is removed by etching with a contact insulating layer etching treatment solution that etches the contact insulating layer without etching the silicon substrate. A second etching step of exposing the sacrificial layer in the hole;
After the second etching step, a third etching step of etching and removing the entire sacrificial layer with the silicon etching treatment liquid to expose the contact insulating layer and the covering insulating layer in the hole;
After the third etching step, the second exposed portion of the contact insulating layer exposed in the hole is etched away by the contact insulating layer etching treatment solution, and the first main surface of the silicon substrate is placed in the hole. A fourth etching step to be exposed;
And a fifth etching step of etching the silicon substrate from the exposed surface of the first main surface exposed in the hole with the silicon etching treatment liquid after the fourth etching step to form the cavity. A manufacturing method of a diaphragm element.
前記接触絶縁層形成工程では、
前記第1主面のうち前記空洞対面部に対向する部位に配置された平面視環状の犠牲部、及び、この犠牲部の周囲に間隙を介して配置された平面視環状の周囲部を有する前記接触絶縁層を形成し、
前記犠牲層形成工程では、
前記接触絶縁層の前記犠牲部上及び前記第1主面のうち前記接触絶縁層から露出する露出面に、前記犠牲層を形成し、
前記空洞部形成工程は、
前記シリコンエッチング処理液により、
前記シリコン基板を前記第2主面側から前記第1主面に達するまでエッチングして、自身の内部に前記接触絶縁層の前記犠牲部の内側に位置する前記犠牲層が露出する穴を形成し、
更にこのエッチングを続けて、前記犠牲層をエッチング除去し、前記穴内に前記被覆絶縁層を露出させると共に、前記犠牲層を除去した部分を通じて前記接触絶縁層の前記犠牲部を迂回して、前記接触絶縁層の前記犠牲部の径方向外側に位置する前記第1主面側から前記シリコン基板をエッチングし、前記接触絶縁層の前記犠牲部を遊離させて除去し、前記空洞部を形成する単一エッチング工程を有する
ダイアフラム素子の製造方法。 A manufacturing method of a diaphragm element according to claim 5,
In the contact insulating layer forming step,
The sacrificial portion in plan view arranged at a portion of the first main surface facing the cavity facing portion, and the annular peripheral portion in plan view arranged around the sacrificial portion via a gap. Forming a contact insulation layer,
In the sacrificial layer forming step,
Forming the sacrificial layer on the sacrificial portion of the contact insulating layer and on an exposed surface exposed from the contact insulating layer among the first main surface;
The cavity forming step includes
With the silicon etching treatment liquid,
The silicon substrate is etched from the second main surface side until the first main surface is reached, thereby forming a hole exposing the sacrificial layer located inside the sacrificial portion of the contact insulating layer. ,
Further, the etching is continued, the sacrificial layer is removed by etching, the covering insulating layer is exposed in the hole, and the sacrificial portion of the contact insulating layer is bypassed through the portion where the sacrificial layer is removed, The silicon substrate is etched from the side of the first main surface located on the radially outer side of the sacrificial portion of the insulating layer, and the sacrificial portion of the contact insulating layer is released and removed to form the cavity portion. A manufacturing method of a diaphragm element having an etching process.
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