JP2016027349A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】測定精度が高く、製作が容易で、安価に出来るセンサを実現する。
【解決手段】 センサウエハの一方の素子面に歪ゲージ素子が設けられ、前記センサウエハの他方の研削研磨面が研磨されて前記素子面から前記研削研磨面までの厚みを有するダイアフラムが形成されてなるセンサ基板と、この研削研磨面に接合されたベース基板と、前記ベース基板と前記センサ基板との接合部に設けられ、所定の隙間を有する凹部と、この凹部に測定圧を導入する導入孔とを具備し、前記研削研磨面が、前記歪ゲージ素子の凹凸パターンを現した、凹凸パターンを備える。
【選択図】図１
【解決手段】 センサウエハの一方の素子面に歪ゲージ素子が設けられ、前記センサウエハの他方の研削研磨面が研磨されて前記素子面から前記研削研磨面までの厚みを有するダイアフラムが形成されてなるセンサ基板と、この研削研磨面に接合されたベース基板と、前記ベース基板と前記センサ基板との接合部に設けられ、所定の隙間を有する凹部と、この凹部に測定圧を導入する導入孔とを具備し、前記研削研磨面が、前記歪ゲージ素子の凹凸パターンを現した、凹凸パターンを備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、振動式差圧センサに関するものである。
更に詳述すれば、測定精度が高く、製作が容易で、安価に出来る振動形差圧センサに関するものである。
更に詳述すれば、測定精度が高く、製作が容易で、安価に出来る振動形差圧センサに関するものである。
図１３は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図で、例えば、実開平０１−１７１３３７号公報に示されている。図において、１１，１１１は、所定の流体１１２中に配置されたシリコンのダイアフラムとシリコンのダイアフラムの固定部である。流体１１２は、この場合は、シリコンオイルが用いられている。
振動子形歪みゲージ１２は、この場合はＨ形形状をなし、第１図には、その固定端近傍の断面が現れている。３０はダイアフラム１１との間の流体１１２の密度と粘度によりシリコンのダイアフラム１１が振動子形歪みゲージ１２と共振しないようにダイアフラム１１の少なくとも一面に一面が近接して設けられた振動抑制体である。
この場合は、ヨーク１３１と永久磁石１３２からなる磁石１３の、ヨーク１３１が振動抑制体３０の機能を果している。１１３はシリコンのダイアフラム１１とシリコンのダイアフラムの固定部１１１とで構成される凹部である。
４０はシリコンのダイアフラムの固定部１１１の一面に一面が固定され凹部１１３とともに室１１４を構成するシリコンの基板である。１４１はシリコンの基板４０に設けられ室１１４に圧力を導入する導圧孔である。
５０はシリコンの基板４０との間の流体１１２の密度と粘度によりシリコンのダイアフラムの固定部１１１が、振動子形歪みゲージ１２と共振しないように、導圧孔４１の外部開口部に設けられたスペーサー４２を介してシリコンの基板４０に一面が近接して固定された導圧接手である。
スペーサー４２は、この場合は、シリコンの基板４０と一体に構成されている。５１は導圧接手５０に設けられシリコンの基板４０の導圧孔４１に連通する連通孔である。６０は磁石１３，ダイアフラム１１，固定部１１１，基板４０とスペーサー４２とを覆って導圧接手５０に取付けられ、内部に流体１１２が充填されるカバーである。
以上の構成において、ダイアフラム１１に外力が加わると、振動子形歪みゲージ１２の固有振動数は外力に対応して変化する。この振動子形歪みゲージ１２の振動は、振動検出手段により検出され、検出周波数は出力信号として取出される。
この結果、ダイアフラム１１に加わった外力が検出出来る。また、ダイアフラム１１の少なくとも一面に一面が近接して設けられた振動抑制体３０が設けられたので、シリコンのダイアフラム１１が振動子形歪みゲージ１２と共振しない。
すなわち、ダイアフラム１１は、その形状で決まる共振周波数を有するが、ダイアフラム１１とヨーク１３１との隙間に入っているシリコンオイル１１２によって制動され、振動子形歪みゲージ１２の発振周波数がダイアフラム１１の共振周波数と一致しても、ダイアフラム１１は共振しないようにすることが出来る。例えば、本実施例では、１００ｃｓのシリコンオイル中でヨーク１３１とダイアフラム１１との隙間ａ＜０．１ｍｍで、この条件は充分に達成される。
図１４は、種々の流体中のダイアフラム１１のＱと隙間ａとの関係を実測した例である。Ｑ＜０．７で実質的に、ダイアフラム１１の共振の影響はなくなることが分かった。
Ａは流体１１２が大気の場合、Ｂはフレオンの場合、Ｃはシリコンオイルの場合を示す。
Ａは流体１１２が大気の場合、Ｂはフレオンの場合、Ｃはシリコンオイルの場合を示す。
図１５は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図で、例えば、特開平０２−０３２２２４号公報に示されている。図において、１９は凹部１３の中に収納できるシリコン単結晶で出来たダンピング基台であり、中央には流通孔２０が形成されておりその底部は貫通孔1５と連通するように基台チップ１６に熱酸化接合されている。
その上部はダイアフラム１３の底部と所定の間隙Δが保持されている。２１はシリコンオイルであり、このシリコンオイルを凹部１１の内部に封入することによって振動式歪ゲージ１４の自励振動の影響を狭い間隙Δによってダンピングさせて除去させている。
図１６から図２３は従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図で、例えば、特開平０６−２４４４３８号公報に示されている。図において、
（ａ）図１６に示す如く、半導体基板１１の一面側にスピネルエピ層１２を形成する。
（ｂ）図１７に示す如く、半導体基板１１のスピネルエピ層１２に接する面に酸化シリコン膜１３を形成する。
（ａ）図１６に示す如く、半導体基板１１の一面側にスピネルエピ層１２を形成する。
（ｂ）図１７に示す如く、半導体基板１１のスピネルエピ層１２に接する面に酸化シリコン膜１３を形成する。
なお、スピネルエピ層については、例えば、「ＳＯＩ構造形成技術」Ｐ２５９古川静二郎編著 産業図書発行 昭和６２年１０月２３日発行 に記載されている。スピネルエピ層１２はシリコンの結晶性を受けついだ膜である。
（ｃ）図１８に示す如く、スピネルエピ層１２の表面にポリシリコン層１４を形成し、ポリシリコン層１４をアニ―ル処理して単結晶化する。
（ｃ）図１８に示す如く、スピネルエピ層１２の表面にポリシリコン層１４を形成し、ポリシリコン層１４をアニ―ル処理して単結晶化する。
（ｄ）図１９に示す如く、フォトリソグラフィーとエッチング（ＲＩＥ法（リアクティブ イオン エッチング法）など）により、ポリシリコン層１４とスピネルエピ層１２と酸化シリコン膜１３との、ダイアフラム３に対応する部分以外を除去する。１５はレジストである。
（ｅ）図２０に示す如く、半導体基板１１とポリシリコン層１４の表面にシリコンエピタキシャル成長層１６を形成する。
（ｆ）図２１に示す如く、シリコンエピタキシャル成長層１６に歪み検出センサ１７を形成する。この場合は、ピエゾ抵抗素子が形成される。
（ｆ）図２１に示す如く、シリコンエピタキシャル成長層１６に歪み検出センサ１７を形成する。この場合は、ピエゾ抵抗素子が形成される。
（ｇ）図２２に示す如く、半導体基板１１の他面より、酸化シリコン膜１３に達する連通孔１８をエッチングにより形成する。
（ｈ）図２３に示す如く、連通孔１８を通して選択エッチングにより、酸化シリコン膜１３を除去する。
而して、ダイアフラム３と空隙室４が構成される。
（ｈ）図２３に示す如く、連通孔１８を通して選択エッチングにより、酸化シリコン膜１３を除去する。
而して、ダイアフラム３と空隙室４が構成される。
要するに、この種の振動式差圧センサでは、圧力の印加によるダイアフラムの変形によって、振動子形歪ゲージに歪を生じさせ、振動子形歪ゲージの共振周波数を変化させる。この周波数変化を検出することにより、ダイアフラムに入力された圧力を計測することができる。
このような振動子形歪ゲージ用いた振動式差圧センサでは、振動子形歪ゲージが外部回路を用いて自励振されており、回路から供給されるエネルギーが振動子形歪ゲージの振動のみに利用されることが望ましい。
しかし、ダイアフラムの共振周波数と振動子形歪ゲージの自励振周波数が同じであるような周波数では、振動子形歪ゲージに入力したエネルギーの一部が、ダイアフラムの共振エネルギーとして消費される。その結果、振動子形歪ゲージ素子のＱ値（出力）が低下するため、理論的には圧力と周波数が２次の比例関係にあるが、この比例関係からの誤差が大きくなり入出力特性等の諸特性が悪くなるという問題がある。このような問題を解決する手段として、オイルで満たした狭い隙間を用いてダイアフラムの共振を抑制する手法が提案されている。
上述を実現するための具体的な例としては、振動子形歪ゲージを配した側に機械加工部品を配して隙間を作製する方法(実開平０１−１７１３３７，図１の(ａ))やダイアフラムの凹部と対向する部品に凸部を配する方法（特開平０２−０３２２２４，図１の（ｂ））、酸化膜層をエッチングして隙間を形成する方法（特開平６−２４４４３８，図１の(c)）が提案されている。
次に、このような従来例の製造方法、特に、ダイアフラムの形成方法としては、実開平０１−１７１３３７と特開平０２−０３２２２４で使用されている深堀のアルカリエッチングをもちいたダイアフラムの形成方法、及び、特開平６−２４４４３８で使用されている酸化膜をエッチストップとして使用するダイアフラムの形成方法がある。
深堀のアルカリエッチングを用いたダイアフラムの形成方法では、単結晶シリコンウエハ１０１を異方性ウェットエッチングにより、ダイアフラム１０２を所望の厚みになるように加工する。厚みの制御は、エッチングレイトとエッチング時間により行う。この手法では、図２４に示すように、（１１１）面により構成される凹部が形成される。
特開平６−２４４４３８に使用されているような酸化膜をエッチストップとして用いるダイアフラムの形成方法では、アルカリ溶液によるエッチング及びプラズマエッチングがもちいられるが、酸化膜をエッチストップとして用いることができるため、深堀のアルカリエッチングを用いた方法よりも精密に膜厚の制御が可能である。
このような装置においては、以下の問題点がある。
実開平０１−１７１３３７では、ダイアフラムの作製を深堀のアルカリエッチングで行うため、数ｕｍ〜数1０ｕｍの厚み制御を数ｕｍ単位で行うことが難しく、感度のばらつきを抑制することが困難である。
実開平０１−１７１３３７では、ダイアフラムの作製を深堀のアルカリエッチングで行うため、数ｕｍ〜数1０ｕｍの厚み制御を数ｕｍ単位で行うことが難しく、感度のばらつきを抑制することが困難である。
隙間の形成においては、機械加工部品を用いているため、数１０ｕｍ以下の狭い隙間を精度よく製作することが難しく、ダイアフラムの共振を抑制するのにも限界がある。また、機械加工部品を用いているため、隙間形成時に異物が入りダイアフラムの可動範囲が制限され、入出力特性等の諸特性に影響を与えることもある。さらに、ダイアフラムの形成時のアルカリエッチングにより結晶の面方位の影響を受け、ダイアフラムの形状を自由に選択できない。そのため、ダイアフラムの設計の際に形状に制約が課せられ、自由な形状のダイアフラム設計ができない。
特開平０２−０３２２２４では、ダイアフラムの作製を深堀のアルカリエッチングで行うため、数ｕｍ〜数１０ｕｍの厚み制御を数ｕｍ単位で行うことが困難である。隙間形成においては、アルカリエッチングにて凹部を精度良く加工することが困難であること、対向する凸部品の加工誤差が精度を悪化させることから、数ｕｍの隙間を精度良く製作することが難しく、ダイアフラムの共振を抑制するのにも限界がある。
また、ダイアフラムの形成時のアルカリエッチングにより結晶の面方位の影響を受け、ダイアフラムの形状を自由に選択できないため、ダイアフラムの設計の際に形状に制約が課せられ自由な形状のダイアフラム設計ができない。
特開平６−２４４４３８では、隙間の製作に酸化膜層を用いるため、酸化膜とシリコンの境界で応力が生じて、ウエハの反りや酸化膜の割れが発生する場合がある。このような状態を回避するためには３〜４ｕｍ程度の酸化膜厚が限界であり、３〜４ｕｍ以上の隙間を形成することができない。
そのため、ダイアフラムの可動範囲が隙間に制限され、変位を４ｕｍ以上取ることが必要な圧力レンジのセンサ設計に制約を課す。また、エピタキシャル成長にてダイアフラムを作製しており、結晶面の影響を受けるため、基板とダイアフラムの境界部分に結晶欠陥が無く破壊応力が高いダイアフラムを作製しようとすると結晶面を考慮した設計を行わなければならない。そのため、結晶方位に制約されない自由な形状のダイアフラム設計ができない。
次に、このような従来例の製造方法、特に、ダイアフラムの形成方法の問題点について説明する。
実開平０１−１７１３３７，特開平０２−０３２２２４に用いられている深堀のアルカリエッチングの問題点としては、薬液の温度の影響を受けやすく厚みの制御が難しいこと、エッチングによる深堀量の大きさに対して、ダイアフラム膜厚の精度が高く要求され、制御が難しいこと、エッチングの際に薬液から素子面側を保護する必要があることが挙げられる。
実開平０１−１７１３３７，特開平０２−０３２２２４に用いられている深堀のアルカリエッチングの問題点としては、薬液の温度の影響を受けやすく厚みの制御が難しいこと、エッチングによる深堀量の大きさに対して、ダイアフラム膜厚の精度が高く要求され、制御が難しいこと、エッチングの際に薬液から素子面側を保護する必要があることが挙げられる。
一方、特開平６−２４４４３８に利用されているような酸化膜をエッチストップとして用いた方法では、酸化膜厚により隙間を形成する。そのため、ウエハの反りや酸化膜割れの生じる３〜４ｕｍ程度以上の隙間の形成はできない。そのことによりダイアフラムが対向する構造に接触し、ダイアフラムの可動範囲が制約される。すなわち、変位を４ｕｍ以上取ることが必要な圧力レンジのセンサ設計に大きな制約がある。
また、深堀のアルカリエッチングでは、図２５に示すように、同じマスク形状で同じダイアフラム厚に仕上げようとすると、面方位のエッチング速度の違いにより、厚みの異なるウエハではダイアフラムの仕上がり形状が異なる。
そのため、インチサイズが異なるウエハでは、ウエハの厚みが異なるためにエッチング条件やマスクパターンの変更が必要になる。このことは、研究開発段階で４インチなどのインチサイズの小さいウエハで試作を行った後、量産時に８インチや１２インチなどのインチサイズの大きなウエハで製品化する際に、マスクを作り直し、製造条件を変える必要があることを示している。このことは、試作から製品化に移行するために膨大な時間を費やさなくてはならないことを意味する。
さらに、差圧センサでは、圧力レンジによりダイアフラムの形状と厚みの設計を変える必要がある。このような多様な圧力レンジに対応して様々なダイアフラム厚さを深堀のアルカリエッチングで実現しようとすると、対応するダイアフラム厚さごとにマスクパターンと製造条件を個別に管理して製造を行わなければならない。
また、特開平６−２４４４３８のようなエピタキシャル成長を用いて作製したダイアフラムでも面方位の影響を受けるため結晶方位に制約されない自由な形状に設計できない。
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、以下の如き、センサとその製造方法を提供することにある。
１）振動式差圧センサの構造に対しては、
感度のばらつきを抑えることができるダイアフラム厚みの制御性の良い構造。
ダイアフラム共振を防ぐ隙間（サブｕｍ〜数１０ｕｍ以上）をサブｕｍの精度で実現できる構造。
１）振動式差圧センサの構造に対しては、
感度のばらつきを抑えることができるダイアフラム厚みの制御性の良い構造。
ダイアフラム共振を防ぐ隙間（サブｕｍ〜数１０ｕｍ以上）をサブｕｍの精度で実現できる構造。
２）振動式差圧センサの製造方法に対しては、
ウエハのインチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法。
ダイアフラムの厚さが異なっても同一のマスクで作製可能な振動式差圧センサの製造方
法。
ダイアフラムの厚みばらつきの少ない感度のそろったダイアフラムを有する振動式差圧
センサの製造方法。
ウエハのインチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法。
ダイアフラムの厚さが異なっても同一のマスクで作製可能な振動式差圧センサの製造方
法。
ダイアフラムの厚みばらつきの少ない感度のそろったダイアフラムを有する振動式差圧
センサの製造方法。
ダイアフラムの共振を抑制するための狭い隙間が作製可能な振動式差圧センサの製造方
法。
研削研磨工程と接合工程後の工程に振動子形歪ゲージ素子を完成させるための前工程を
含まない簡略な工程とする振動式差圧センサの製造方法。
法。
研削研磨工程と接合工程後の工程に振動子形歪ゲージ素子を完成させるための前工程を
含まない簡略な工程とする振動式差圧センサの製造方法。
このような課題を達成するために、本発明では以下を特徴とする。
（１）センサウエハの一方の素子面に歪ゲージ素子が設けられ、前記センサウエハの他方の研削研磨面が研磨されて前記素子面から前記研削研磨面までの厚みを有するダイアフラムが形成されてなるセンサ基板と、この研削研磨面に接合されたベース基板と、前記ベース基板と前記センサ基板との接合部に設けられ、所定の隙間を有する凹部と、この凹部に測定圧を導入する導入孔とを具備し、前記研削研磨面が、前記歪ゲージ素子の凹凸パターンを現した、凹凸パターンを備えることを特徴とする圧力センサ。
（１）センサウエハの一方の素子面に歪ゲージ素子が設けられ、前記センサウエハの他方の研削研磨面が研磨されて前記素子面から前記研削研磨面までの厚みを有するダイアフラムが形成されてなるセンサ基板と、この研削研磨面に接合されたベース基板と、前記ベース基板と前記センサ基板との接合部に設けられ、所定の隙間を有する凹部と、この凹部に測定圧を導入する導入孔とを具備し、前記研削研磨面が、前記歪ゲージ素子の凹凸パターンを現した、凹凸パターンを備えることを特徴とする圧力センサ。
（２）前記凹部が前記ベース基板または前記センサ基板のいずれか一方のみに形成されることを特徴とする（１）記載の圧力センサ。
（３）前記センサウエハの素子面が平坦であることを特徴とする（１）記載の圧力センサ。
（４）前記センサウエハが１００ｕｍ以下に研削研磨されることを特徴とする（１）記載の圧力センサ。
（５）前記研削研磨面と前記ベース基板とが常温直接接合で接合されることを特徴とする（１）記載の圧力センサ。
本発明によれば、次のような効果がある。
個々のウエハ厚さのばらつきを考慮して、ウエハごとに研磨量を調整できるため、例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。
接合に異種材料を使用しないため、接合部分がシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。よって、破壊耐圧特性に優れた振動式差圧センサが得られる。
個々のウエハ厚さのばらつきを考慮して、ウエハごとに研磨量を調整できるため、例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。
接合に異種材料を使用しないため、接合部分がシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。よって、破壊耐圧特性に優れた振動式差圧センサが得られる。
また、熱膨張係数の違いによる熱歪を抑えられるため、温度特性が良い振動式差圧センサが得られる。
温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式差圧センサが得られる。
温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式差圧センサが得られる。
ベース基板の凹部とダイアフラムの間で、例えば、数１０ｕｍ以下の隙間を形成できる。そのため、ダイアフラムの共振を防止でき、異物の混入によってダイアフラムの可動範囲が制限されることなく入出力特性等の諸特性が良好な振動式差圧センサが得られる。
ベース基板の凹部の隙間形成時のエッチング量が少ないため、高精度な隙間の制御性の良い振動式差圧センサが得られる。
ベース基板の凹部の隙間形成時のエッチング量が少ないため、高精度な隙間の制御性の良い振動式差圧センサが得られる。
ベース基板の、例えば、数１０ｕｍ以下の凹部の形状がそのままダイアフラムの形状となるため、素子を形成されたウエハの裏面からアルカリ溶液による深堀の異方性エッチングによってダイアフラムを形成する場合に比べて、（１１１）結晶面によるダイアフラムサイズや形状の変化がないので、円形など結晶方位に制約されない自由な形状を作製できる。
特に、プラズマを用いたエッチングを用いれば、製造工程は単純になり、コストを抑え、感度が揃った振動式差圧センサが得られる。
特に、プラズマを用いたエッチングを用いれば、製造工程は単純になり、コストを抑え、感度が揃った振動式差圧センサが得られる。
本発明によれば、次のような効果がある。
個々のウエハ厚さのばらつきを考慮して、ウエハごとに研磨量を調整できるため、例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。
接合に異種材料を使用しないため、接合部分がシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。よって、破壊耐圧特性に優れた振動式差圧センサが得られる。
個々のウエハ厚さのばらつきを考慮して、ウエハごとに研磨量を調整できるため、例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。
接合に異種材料を使用しないため、接合部分がシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。よって、破壊耐圧特性に優れた振動式差圧センサが得られる。
また、熱膨張係数の違いによる熱歪を抑えられるため、温度特性が良い振動式差圧センサが得られる。
温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式差圧センサが得られる。
温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式差圧センサが得られる。
ダイアフラムの研磨面側に設けたセンサ基板の凹部とベース基板の間で、例えば、数１０ｕｍ以下の隙間を形成できる。そのため、ダイアフラムの共振を防止でき、異物の混入によってダイアフラムの可動範囲が制限されることなく入出力特性等の諸特性が良好な振動式差圧センサが得られる。
センサ基板の凹部の隙間形成時のエッチング量が少ないため、高精度な隙間の制御性が良い振動式差圧センサが得られる。
センサ基板の凹部の隙間形成時のエッチング量が少ないため、高精度な隙間の制御性が良い振動式差圧センサが得られる。
センサ基板の、例えば、数１０ｕｍ以下の凹部の形状がそのままダイアフラムの形状となるため、素子を形成された基板の裏面からアルカリ溶液による深堀の異方性エッチングによってダイアフラムを形成する場合に比べて、（１１１）結晶面によるダイアフラムサイズや形状の変化がないので、円形など結晶方位に制約されない自由な形状を作製できる。
特に、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、ダイアフラム周辺での応力集中部分に丸みを持たせることでき、破壊耐圧が増加する。そのため、コストを抑え、感度が高い振動式差圧センサが得られる。
特に、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、ダイアフラム周辺での応力集中部分に丸みを持たせることでき、破壊耐圧が増加する。そのため、コストを抑え、感度が高い振動式差圧センサが得られる。
本発明によれば、次のような効果がある。
研削研磨工程により、実質的にダイアフラム厚みが決まることから、アルカリエッチングによる深堀と異なりエッチングの深さによるダイアフラム形状の差異を考慮したマスクが必要なくなる。また、アルカリエチングとは異なり、インチサイズの小さなウエハ（４インチウエハ等）による試作結果を用いて、インチサイズの大きなウエハ（８インチ，１２インチ等）で製品にする場合でも、同一のマスクパターンと同一プロセスを適用できるため、量産化の移行を効率的に行える。そのため、ウエハのインチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法が得られる。
研削研磨工程により、実質的にダイアフラム厚みが決まることから、アルカリエッチングによる深堀と異なりエッチングの深さによるダイアフラム形状の差異を考慮したマスクが必要なくなる。また、アルカリエチングとは異なり、インチサイズの小さなウエハ（４インチウエハ等）による試作結果を用いて、インチサイズの大きなウエハ（８インチ，１２インチ等）で製品にする場合でも、同一のマスクパターンと同一プロセスを適用できるため、量産化の移行を効率的に行える。そのため、ウエハのインチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法が得られる。
個々のウエハ厚さのばらつきを考慮して、ウエハごとに研磨量を調整できるため、アルカリエッチングによる深堀量と異なり、数ｕｍ単位の精度で厚みを容易に制御できる。そのため、感度のそろったダイアフラムが製造可能な振動式差圧センサの製造方法が得られる。
エッチング量が少ないベースウエハの凹部の深さにて隙間を決定することができるため、例えば、数１０ｕｍ〜サブｕｍ以下までの隙間を容易に作成可能である。また、エッチング量も少ないことから、その精度もサブｕｍ程度の高精度で制御が可能である。その結果、制御性が良い状態で、ダイアフラムの共振を抑制するための狭い隙間が製作可能な振動式差圧センサの製造方法が得られる。
エッチング量が少ないベースウエハの凹部の深さにて隙間を決定することができるため、例えば、数１０ｕｍ〜サブｕｍ以下までの隙間を容易に作成可能である。また、エッチング量も少ないことから、その精度もサブｕｍ程度の高精度で制御が可能である。その結果、制御性が良い状態で、ダイアフラムの共振を抑制するための狭い隙間が製作可能な振動式差圧センサの製造方法が得られる。
シリコンウエハ同士を常温付近で直接に接合することができる常温直接接合あるいは金属拡散接合などを用いたダイアフラム作製工程は、センサウエハに配されている金属配線の耐熱温度よりも低い工程であるため、振動子形歪ゲージ素子の金属配線工程を完了した状態で接合が可能である。また、圧力のレンジに応じてダイアフラムの形状や厚みを変える要求に対しても、上述の接合を用いたダイアフラム形成ではダイアフラムの形状や厚みに依存せずに同一プロセス、同一マスクで実現できる。
接合温度の低温化は他にも多くの長所を持っている。一般的に、振動子形歪ゲージを作成した後に８００度以上の高温工程を実施すると、不純物元素の再分布や原子の再配列や再結晶化など起きるため、センサのデバイス特性の劣化が生じることがある。
上述の常温直接接合あるいは金属拡散接合などによるダイアフラム作製工程は、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に悪影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
上述の常温直接接合あるいは金属拡散接合などによるダイアフラム作製工程は、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に悪影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
本発明によれば、次のような効果がある。
研削研磨工程により、実質的にダイアフラム厚みが決まることから、アルカリエッチングによる深堀と異なりエッチングの深さによるダイアフラム形状の差異を考慮したマスクが必要なくなる。また、アルカリエッチングとは異なり、インチサイズの小さなウエハ（４インチウエハ等）による試作結果を用いて、インチサイズの大きなウエハ（８インチ，１２インチ等）で製品にする場合でも、同一のマスクパターンと同一プロセスを適用できるため、量産化の移行を効率的に行える。そのため、ウエハのインチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法が得られる。
研削研磨工程により、実質的にダイアフラム厚みが決まることから、アルカリエッチングによる深堀と異なりエッチングの深さによるダイアフラム形状の差異を考慮したマスクが必要なくなる。また、アルカリエッチングとは異なり、インチサイズの小さなウエハ（４インチウエハ等）による試作結果を用いて、インチサイズの大きなウエハ（８インチ，１２インチ等）で製品にする場合でも、同一のマスクパターンと同一プロセスを適用できるため、量産化の移行を効率的に行える。そのため、ウエハのインチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法が得られる。
個々のウエハ厚さのばらつきを考慮して、ウエハごとに研磨量を調整できるため、アルカリエッチングによる深堀量と異なり、数ｕｍ単位の精度で厚みを容易に制御できる。そのため、感度のそろったダイアフラムが製造可能な振動式差圧センサの製造方法が得られる。
エッチング量が少ないベースウエハの凹部の深さにて隙間を決定することができるため、例えば、数１０ｕｍ〜サブｕｍ以下までの隙間を容易に作成可能である。また、エッチング量も少ないことから、その精度もサブｕｍ程度の高精度で制御が可能である。その結果、制御性が良い状態で、ダイアフラムの共振を抑制するための狭い隙間が製作可能な振動式差圧センサの製造方法が得られる。
エッチング量が少ないベースウエハの凹部の深さにて隙間を決定することができるため、例えば、数１０ｕｍ〜サブｕｍ以下までの隙間を容易に作成可能である。また、エッチング量も少ないことから、その精度もサブｕｍ程度の高精度で制御が可能である。その結果、制御性が良い状態で、ダイアフラムの共振を抑制するための狭い隙間が製作可能な振動式差圧センサの製造方法が得られる。
また、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、ダイアフラム周辺での応力集中部分に丸みを持たせることでき、破壊耐圧が増加する。そのため、コストを抑え、感度高い振動式差圧センサが得られる。
シリコンウエハ同士を常温付近で直接に接合することができる常温直接接合あるいは金属拡散接合などを用いたダイアフラム作製工程は、センサウエハに配されている金属配線の耐熱温度よりも低い工程であるため、振動子形歪ゲージ素子の金属配線工程を完了した状態で接合が可能である。また、圧力のレンジに応じてダイアフラムの形状や厚みを変える要求に対しても、上述の接合を用いたダイアフラム形成ではダイアフラムの形状や厚みに依存せずに同一プロセス、同一マスクで実現できる。
一般的に、振動子形歪ゲージを作成した後に８００度以上の高温工程を実施すると、不純物元素の再分布や原子の再配列や再結晶化など起きるため、センサのデバイス特性の劣化が生じることがある。
上述の常温直接接合あるいは金属拡散接合などによるダイアフラム作製工程は、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に悪影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
上述の常温直接接合あるいは金属拡散接合などによるダイアフラム作製工程は、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に悪影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部構成説明図、図３は図１の製作工程説明図、図４は図３のプロセスフローチャート説明図である。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部構成説明図、図３は図１の製作工程説明図、図４は図３のプロセスフローチャート説明図である。
図１において、センサ基板４１０は、一方の面に振動子形歪ゲージ素子４１１が設けられ、他方の面がダイアフラム４１２に相当する厚さに研磨されて形成されシリコンよりなる。ベース基板４３０は、センサ基板４１０の他方の面に一方の面が直接に接合されたシリコンよりなる。
凹部４３５は、ベース基板４３０のセンサ基板４１０との接合部に設けられ、センサ基板４１０に実質的にダイアフラム４１２を形成し、異物の混入により、ダイアフラム４１２の可動範囲が制限されることなく、且つ振動子形歪ゲージ素子４１１の振動によって励起される、ダイアフラム４１２の共振に対して、後述する流体４４６により制動作用をなすための、所定の隙間を有する。
導入孔４４５は、この凹部４３５に測定圧を導入する。流体４４６は、この凹部４３５に導入孔４４５を介して圧力を伝搬し、ダイアフラム４１２を制動する。
即ち、振動式差圧センサ４００は、センサ基板４１０とベース基板４３０により構成される。ベース基板４３０には、プラズマエッチング又はアルカリエッチング等により、導入孔４４５が設けられている。この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。振動子形歪ゲージ素子４１１は、ダイアフラム４１２の上面４１５に製作されている。
ダイアフラムの厚み４２０はセンサ基板４１０の厚みにより決定される。そのため、所望の厚みまで研削研磨してダイアフラムの厚み４２０を調整する。研磨量はウエハ毎に微調整できるので、個々のウエハの厚みを数ｕｍ単位で正確に制御できる。センサ基板４１０とベース基板４３０はシリコンであり、基板の接合には、酸化膜やその他の異種材料を介さずに接合される。そのため、接合面でもシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。また、温度特性も良好な振動式差圧センサ４００を実現できる。
ベース基板４３０の凹部４３５が接合後に形成される隙間４３５となる。凹部４３５は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等により形成される。この凹部４３５は、アルカリ薬液（ＫＯＨ,ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングする必要が無いため、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の隙間を精度よく容易に実現できる。よって、異物の混入を考慮した隙間の設計やダイアフラム４１２の可動範囲を考慮した設計に自由度を持たせることができる。ダイアフラム４１２の寸法は、ベース基板４３０の凹部４３５の部分の寸法４４０できまる。
具体的な形状としては、図２に示す如く、四角形４６０、円形４６５、多角形４７０等が考えられる。ベース基板４３０の凹部４３５の部分は、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラムの形成方法と異なり、エッチングの面による基板面内方向の大きさの制約が無い。そのため、ダイアフラムの結晶方位に制限されずに形状を自由に設計できる。
以上の構成において、図３は図１の製作工程説明図、図４は図３のプロセスフローチャート説明図を示す。(a)〜(g)は図３及び図４で同じ工程を示す。図３の（ａ）には、センサウエハ５１０の作製工程を示す。
この工程を経たセンサウエハ５１０には、一方の面に振動子形歪ゲージ素子４１１が配されており、振動子形歪ゲージ素子４１１の形成、金属配線が既に完成したウエハである。つまり、振動子形歪ゲージ素子４１１を配した面の加工は既に完了しており、以降の工程で加工の必要は無い。なお、振動子形歪ゲージ素子４１１は、小さくて表示できないので、振動子形歪ゲージ素子４１１の配置領域を、センサウエハ５１０と異なるハッチングで示す。
図３の（ｂ）には、センサウエハの貼り付け工程を示す。
貼り付け用材料５２２を用いて、センサウエハ５１０の素子面とサポートウエハ５２１を貼り付ける。ここでの貼り付け用材料５２２とは、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、UV接着剤、両面テープ、WAX等である。貼り付け精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と再大値の差）や反りを制御する必要がある。サポートウエハ５２１には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。また、サポートウエハの形状は、特に制約するものではない。
貼り付け用材料５２２を用いて、センサウエハ５１０の素子面とサポートウエハ５２１を貼り付ける。ここでの貼り付け用材料５２２とは、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、UV接着剤、両面テープ、WAX等である。貼り付け精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と再大値の差）や反りを制御する必要がある。サポートウエハ５２１には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。また、サポートウエハの形状は、特に制約するものではない。
図３の（ｃ）にはセンサウエハ裏面研削研磨工程を示す。
サポートウエハ５２１に貼り付けられたセンサウエハ５１０の振動子形歪ゲージ素子４１１と反対側の面５３１を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
サポートウエハ５２１に貼り付けられたセンサウエハ５１０の振動子形歪ゲージ素子４１１と反対側の面５３１を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
また、薄くしたセンサウエハ５１０には、振動子形歪ゲージ素子４１１の凹凸パターンが研削研磨後の研削研磨面に凹凸パターンとして現れる。この研削研磨面の凹凸は接合時に未接合部を発生させたり、センサに接合歪を発生させたりするため、センサウエハ５１０の素子面の凹凸は極力平坦であるほうが良い。センサウエハ５１０を１００ｕｍ以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポートウエハ５２１がついた状態では、数１０ｕｍ以下のセンサウエハ５１０でもハンドリングが可能である。
研削研磨後は、研削研磨面の清浄性を高めるために図示しない洗浄工程を実施することが望ましい。洗浄工程は、物理洗浄（ＣＯ2洗浄，２流体洗浄）や酸アルカリ洗浄等が考えられるが、貼り付け用材料の耐熱温度以下で実施し、この材料が薬液耐性を有する薬液を使用する必要がある。
図３の（ｄ）には、ベースウエハ作製工程を示す。
ベースウエハ５４０には、圧力導入孔５４１と凹部５４２を形成する。ベースウエハ５４０は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔５４１が形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。また、凹部５４２も同様に、プラズマエッチング及びウェットエッチング等を用いて形成する。
ベースウエハ５４０には、圧力導入孔５４１と凹部５４２を形成する。ベースウエハ５４０は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔５４１が形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。また、凹部５４２も同様に、プラズマエッチング及びウェットエッチング等を用いて形成する。
図３の（ｅ）には、ウエハ直接接合工程を示す。
圧力導入孔５４１と凹部５４２を製作したベースウエハ５４０とサポートウエハ５２１に貼り付けられている研削研磨済みセンサウエハ５１０とを接合する。
その際、貼り合わせ用材料が耐熱温度以下で、ベースウエハ５４０とセンサウエハ５１０を接合する必要がある。
圧力導入孔５４１と凹部５４２を製作したベースウエハ５４０とサポートウエハ５２１に貼り付けられている研削研磨済みセンサウエハ５１０とを接合する。
その際、貼り合わせ用材料が耐熱温度以下で、ベースウエハ５４０とセンサウエハ５１０を接合する必要がある。
具体的には、接着剤では１００〜２００℃程度、両面テープの場合約１５０℃程度が使用できる上限温度である。また、工程を簡略化する観点から、研削研磨面は成膜や改質工程を実施しない状態で接合を実施することが望ましい。このような条件を満たす接合には、常温直接接合，金属拡散接合がある。
常温直接接合では、ウエハの表面をイオンガン又はＦＡＢ（高速原子ビーム）ガンで接合面の表面をエッチングして活性を上げた後、高真空中でウエハを接合する。この技術の特徴は、常温で接合が可能であること、表面がシリコン同士の接合に適している点である。貼り合せ用材料からの出るガスは表面に再付着して接合力を大幅に落とす原因となるため、貼り合せよう材料には出るガスが無いものを選定する必要がある。
金属拡散接合は、常温直接接合でエッチングを用いて表面活性を上げる代わりに、原子層レベルで基板表面に金属を付けて接合する技術である。常温直接接合と同様に高真空下で接合を実施する。この接合においては異種材料が非常に薄く原子層レベルで付いているだけなので、差圧センサの特性を悪化させること無く接合できる。
低温での接合技術としては、上述した技術以外にプラズマ活性化接合がある。プラズマ活性化接合は、Ａｒ，Ｎ2，Ｏ2等のガスを用いたプラズマで表面にＯＨ基を配した状態で、表面同士を仮接合（単に貼り付ける行為）後、４００度程度の温度でアニールすることにより接合強度を高める。この技術では、接合時に発生する水分がボイドの原因となるが、接合面積が小さいダイアフラムのような構造では、水分が接合界面から離脱でき、シリコン同士の接合であってもボイドのない良好な接合を実現できる。
図３の（ｆ）には、サポートウエハの剥離工程を示す。薄く研磨された後に直接接合されたセンサウエハ５１０とベースウエハ５４０をサポートウエハ５２１から切り離す。サポートウエハ５２１からの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。例えば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。また、熱剥離型の両面テープでは熱をかけるだけで簡単に剥離が可能である。図示していないが、剥離後は、貼り合せ用材料の残渣を除去するため、スピン洗浄、薬液浸漬等にて、センサ素子面を洗浄することが望ましい。
図３の（ｇ）には、ダイシング工程を示す。
ウエハの最終工程として、接合後にサポートウエハ５２１を剥離した接合済みウエハ５６０のダイシングを行う。これにより振動式差圧センサ４００が完成する。
ウエハの最終工程として、接合後にサポートウエハ５２１を剥離した接合済みウエハ５６０のダイシングを行う。これにより振動式差圧センサ４００が完成する。
この結果、ダイアフラム４１２の厚さを研削研磨量により調整するため、ウエハ毎に厚みを微調整できる。例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。接合に異種材料を使用しないため、接合部分がシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。よって、破壊耐圧特性に優れた振動式差圧センサが得られる。
また、熱膨張係数の違いによる熱歪を抑えられるため、温度特性が良い振動式差圧センサが得られる。温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式差圧センサが得られる。
ベース基板５４０の凹部の深さにて、隙間を決定することができるため、ベース基板の凹部４３５とダイアフラム４１２の間で、例えば、数１０ｕｍ以下の隙間を形成できる。そのため、ダイアフラム４１２の共振を防止でき、異物の混入により前記ダイアフラムの可動範囲が制限されることなく入出力特性等の諸特性が良好な振動式差圧センサが得られる。
ベース基板４３０の、例えば、数１０ｕｍ以下の凹部の形状が、そのままダイアフラム４１２の形状となるため、振動子方歪ゲージ素子４１１を形成されたウエハの裏面からアルカリ溶液による深堀の異方性エッチングによってダイアフラムを形成する場合比べて、（１１１）結晶面によるダイアフラムサイズや形状の変化がないので、円形など結晶方位に制約されない自由な形状を作製できる。特に、プラズマを用いたエッチングを用いれば、製造工程は単純になり、コストを抑え、感度が揃った振動式差圧センサが得られる。
また、研削研磨工程により、実質的にダイアフラム４１２の厚みが決まることから、アルカリエッチングによる深堀と異なりエッチングの深さによるダイアフラム形状の差異を考慮したマスクが必要なくなる振動式差圧センサの製造方法が得られる。アルカリエッチングとは異なり、インチサイズの小さなウエハ（４インチウエハ等）による試作結果を用いて、インチサイズの大きなウエハ（８インチ，１２インチ等）で製品にする場合でも、同一のマスクパターンと同一プロセスを適用できるため、量産化の移行を効率的に行える。
そのため、ウエハのインチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法が得られる。
同様に、圧力のレンジに応じてダイアフラム４１２の形状や厚みを変える要求に対しても、上述の接合を用いたダイアフラム形成ではダイアフラム４１２の形状や厚みに依存せず同一のマスクと同一のプロセスで実現できる。
同様に、圧力のレンジに応じてダイアフラム４１２の形状や厚みを変える要求に対しても、上述の接合を用いたダイアフラム形成ではダイアフラム４１２の形状や厚みに依存せず同一のマスクと同一のプロセスで実現できる。
シリコンウエハ同士を直接に接合する常温直接接合あるいは金属拡散接合などを含むダイアフラム作製工程が、センサウエハ５１０に配されている金属配線の耐熱温度よりも低い工程であるため、最初に、振動子形歪ゲージ素子の金属配線工程を完了した状態で接合が可能である。
また、常温直接接合あるいは金属拡散接合などを含むダイアフラム作製工程が、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
図５は、本発明の他の実施例の要部構成説明図、図６は図５の要部構成説明図、図７は図５の製作工程説明図、図８は図７のプロセスフローチャート説明図である。図５において、センサ基板６１０は、一方の面に振動子形歪ゲージ素子６１１が設けられ、他方の面がダイアフラム６１２に相当する厚さに研磨後、凹部６３５を形成し、シリコンよりなる。
ベース基板６３０は、センサ基板６１０の他方の面に、一方の面が直接に接合されたシリコンよりなる。凹部６３５は、ベース基板６３０との接合部のセンサ基板６１０に設けられ、センサ基板６１０に実質的にダイアフラム６１２を形成し、異物の混入によるダイアフラム６１２の可動範囲が制限されることなく、且つ振動子形歪ゲージ素子６１１の振動によって励起されるダイアフラム６１２の共振に対して、後述する流体６４６によって制動作用をなすための所定の隙間を有する。
導入孔６４５は、凹部６３５に測定圧を導入する。流体６４６は、凹部６３５に導入孔６４５を介して圧力を伝搬し、ダイアフラム６１２を制動する。
即ち、振動式差圧センサ６００は、センサ基板６１０とベース基板６３０により構成される。ベース基板６３０には、プラズマエッチング又はアルカリエッチング等により、導入孔６４５が設けられている。この孔の形状は導入孔であればどのような穴でも良い。振動子形歪ゲージ素子６１１は、ダイアフラム６１２の上面６１５に製作されている。
ダイアフラムの厚み６２０はセンサ基板６１０の厚みからセンサ基板６１０の裏面の凹部６３５のエッチング量を引いた値により決定される。そのため、ダイアフラム６１２の厚みの精度は、研削研磨の数ｕｍの精度とエッチングのサブｕｍの精度の和で表され、結果として数ｕｍの精度での加工精度を有する。
センサ基板６１０とベース基板６３０はシリコンであり、基板の接合には酸化膜やその他の異種材料を介さずに接合される。そのため、接合面でもシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。また、温度特性も良好なセンサを実現できる。
また、センサ基板６１０の凹部６３５のエッチングに、等方性エッチングを用いて、丸み６５０を付けることにより、ダイアフラム６１２の応力集中を分散できる。その結果、センサの破壊耐圧が増加する。センサ基板の凹部６３５がベース基板６３０と接合後に、隙間を形成する。凹部６３５は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等により形成される。
この凹部６３５は、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングする必要が無いため、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の隙間を精度よく容易に実現できる。よって、異物の混入を考慮した隙間の設計やダイアフラム６１２の可動範囲を考慮した設計に自由度を持たせることができる。ダイアフラム６１２の寸法は、センサ基板６１０の凹部６３５の部分の寸法６４０できまる。
具体的な形状としては、図６に示す如く、四角形６６０、円形６６５、多角形６７０等が考えられる。センサ基板６１０の凹部６３５の部分は、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラムの形成方法と異なり、エッチングの面による基板面内方向の大きさの制約が無い。そのため、ダイアフラムの結晶方位に制限されずに形状を自由に設計できる。
以上の構成において、図７は図５の製作工程説明図、図８は図５のプロセスフローチャート説明図を示す。(a)〜(ｈ)は図７及び図８で同じ工程を示す。
図７の（ａ）は、センサウエハ７１０の作製工程を示す。
この工程を経たセンサウエハ７１０は、センサウエハ７１０の一方の面に振動子形歪ゲージ６１１が配されており、振動子形歪ゲージ素子６１１の形成、金属配線が既に完成したウエハである。つまり、振動子形歪ゲージ素子６１１を配した面の加工は既に完了しており、以降の工程で加工の必要は無い。
この工程を経たセンサウエハ７１０は、センサウエハ７１０の一方の面に振動子形歪ゲージ６１１が配されており、振動子形歪ゲージ素子６１１の形成、金属配線が既に完成したウエハである。つまり、振動子形歪ゲージ素子６１１を配した面の加工は既に完了しており、以降の工程で加工の必要は無い。
図７の（ｂ）にはセンサウエハ７１０の貼り付け工程を示す。
貼り付け用材料７２２を用いて、センサウエハ７１０の素子面とサポートウエハ７２１を貼り付ける。ここでの貼り付け用材料７２２とは、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、UV接着剤、両面テープ、WAX等である。
貼り付け用材料７２２を用いて、センサウエハ７１０の素子面とサポートウエハ７２１を貼り付ける。ここでの貼り付け用材料７２２とは、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、UV接着剤、両面テープ、WAX等である。
貼り付け精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と再大値の差）や反りを制御する必要がある。サポートウエハ７２１には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。また、サポートウエハ７２１の形状を特に制約するものではない。
図７の（ｃ）にはセンサウエハ裏面研削研磨工程を示す。
サポートウエハ７２１に貼り付けられたセンサウエハ７１０の振動子形歪ゲージ素子６１１と反対側の面７３１を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
サポートウエハ７２１に貼り付けられたセンサウエハ７１０の振動子形歪ゲージ素子６１１と反対側の面７３１を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
また、薄くしたウエハ７１０には、振動子形歪ゲージ素子６１１の凹凸パターンが研削研磨後の研削研磨面に凹凸パターンとして現れる。この研削研磨面の凹凸は接合部に未接合部を発生させたり、センサに接合歪を発生させるため、センサウエハ７１０の素子面の凹凸は極力平坦であるほうが良い。
センサウエハ７１０を１００um以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポートウエハ７２１がついた状態では、数１０ｕｍ以下のセンサウエハ７１０でもハンドリングが可能である。
センサウエハ７１０を１００um以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポートウエハ７２１がついた状態では、数１０ｕｍ以下のセンサウエハ７１０でもハンドリングが可能である。
研削研磨後は、研削研磨面の清浄性を高めるために図示しない洗浄工程を実施することが望ましい。洗浄工程は、物理洗浄（ＣＯ2洗浄，２流体洗浄）や酸アルカリ洗浄等が考えられるが、貼り付け用材料が熱分解する温度以下で実施し、この材料が薬液耐性を有する薬液を使用する必要がある。
図７の（ｄ）には、センサウエハ裏面パターン形成工程を示す。
研削研磨面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサウエハの凹部７４２が形成できる。
研削研磨面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサウエハの凹部７４２が形成できる。
図７の（ｅ）には、ベースウエハ作製工程を示す。
ベースウエハ７４０には、圧力導入孔７４１を形成する。圧力導入孔７４１は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。
ベースウエハ７４０には、圧力導入孔７４１を形成する。圧力導入孔７４１は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。
図７の（ｆ）にはウエハ直接接合工程を示す。
圧力導入孔７４１を製作したベースウエハ７４０と凹部７４２を製作したセンサウエハ７１０とを接合する。その際、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で、ベースウエハとセンサウエハを接合する必要がある。
圧力導入孔７４１を製作したベースウエハ７４０と凹部７４２を製作したセンサウエハ７１０とを接合する。その際、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で、ベースウエハとセンサウエハを接合する必要がある。
具体的には、接着剤では１００〜２００℃程度、両面テープの場合約１５０℃程度が使用できる上限温度である。また、工程を簡略化する観点から、研削研磨面は成膜や改質工程を実施しない状態で接合を実施することが望ましい。このような条件を満たす接合には、常温直接接合，金属拡散接合がある。
常温直接接合では、ウエハの表面をイオンガン又はＦＡＢ（高速原子ビーム）ガンで接合面の表面をエッチングして活性を上げた後、高真空中でウエハを接合する。この技術の特徴は、常温で接合が可能であること、表面がシリコン同士の接合に適している点である。貼り合せ用材料からの出るガスは表面に再付着して接合力を大幅に落とす原因となるため、貼り合せ用材料には出るガスが無いものを選定する必要がある。
金属拡散接合は、常温直接接合でエッチングを用いて表面活性を上げる代わりに、原子層レベルで基板表面に金属を付けて接合する技術である。常温直接接合と同様に高真空下で接合を実施する。この接合においては異種材料が非常に薄く原子層レベルで付いているだけなので、差圧センサの特性を悪化させること無く接合できる。
低温での接合技術としては、上述した技術以外にプラズマ活性化接合がある。
プラズマ活性化接合は、Ａｒ，Ｎ2,Ｏ2等のガスを用いたプラズマで表面にＯＨ基を配した状態で、表面同士を仮接合（単に貼り付ける行為）後、４００度程度の温度でアニールすることにより接合強度を高める技術である。この技術では、接合時にＯＨ基に起因して発生する水分がボイドの原因となるが、接合面積が小さいダイアフラムのような構造では、水分が接合界面から離脱でき、ボイドのない良好な接合を実現できる。
プラズマ活性化接合は、Ａｒ，Ｎ2,Ｏ2等のガスを用いたプラズマで表面にＯＨ基を配した状態で、表面同士を仮接合（単に貼り付ける行為）後、４００度程度の温度でアニールすることにより接合強度を高める技術である。この技術では、接合時にＯＨ基に起因して発生する水分がボイドの原因となるが、接合面積が小さいダイアフラムのような構造では、水分が接合界面から離脱でき、ボイドのない良好な接合を実現できる。
図７の（ｇ）には、サポートウエハの剥離工程を示す。
薄く研磨された後に直接接合されたセンサウエハとベースウエハをサポートウエハから切り離す。サポートウエハからの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。例えば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
薄く研磨された後に直接接合されたセンサウエハとベースウエハをサポートウエハから切り離す。サポートウエハからの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。例えば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
また、熱剥離型の両面テープでは熱をかけるだけで簡単に剥離が可能である。図示していないが、剥離後は、貼り合せ用材料の残渣を除去するため、スピン洗浄、薬液浸漬等にて、センサ素子面を洗浄することが望ましい。
図７の（ｈ）にはダイシング工程を示す。
ウエハの最終工程として、接合後にサポートウエハを剥離した接合済みウエハ７６０のダイシングを行う。これにより振動式差圧センサ６００が完成する。
ウエハの最終工程として、接合後にサポートウエハを剥離した接合済みウエハ７６０のダイシングを行う。これにより振動式差圧センサ６００が完成する。
この結果、ダイアフラム６１２の厚さをウエハ毎の研削研磨量の微調整とドライエッチングにより調整するため、例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。
接合に異種材料を使用しないため、接合部分がシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。よって、破壊耐圧特性に優れた振動式差圧センサが得られる。また、熱膨張係数の違いによる熱歪を抑えられるため、温度特性が良い振動式差圧センサが得られる。
温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式差圧センサが得られる。
センサ基板の凹部の深さにて隙間を決定することができるためセンサ基板の凹部６３５とベース基板の間で、数１０ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラムの厚みを容易に制御できる。また、エッチング量も少ないことから、その精度もサブｕｍ程度の高精度で制御が可能である。その結果、ダイアフラム６１２の共振を防止でき、異物の混入により前記ダイアフラムの可動範囲が制限されないので、入出力特性等の諸特性が良好な振動式差圧センサが得られる。
また、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、ダイアフラム周辺での応力集中部分に丸みを持たせることでき、破壊耐圧が増加する。
そのため、コストを抑え、感度高い振動式差圧センサが得られる。
そのため、コストを抑え、感度高い振動式差圧センサが得られる。
センサ基板６１０の、例えば、数１０ｕｍ以下の凹部６３５の形状がそのままダイアフラム６１２の形状となるため、振動子形歪ゲージ素子６１１を形成された基板の裏面からアルカリ溶液による深堀の異方性エッチングによってダイアフラムを形成する場合比べて、（１１１）結晶面によるダイアフラムサイズや形状の変化がないので、円形など結晶方位に制約されない自由な形状を作製できる。
特に、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、ダイアフラム周辺での応力集中部分に丸みを持たせることでき、破壊耐圧が増加する。そのため、コストを抑え、感度が高い振動式差圧センサが得られる。
また、研削研磨とプラズマエッチングにより、ダイアフラム厚みを決められることから、アルカリエッチングによる深堀と異なりエッチングの深さによるダイアフラム形状の差異を考慮したマスクが必要なくなる振動式差圧センサの製造方法が得られる。
つまり、アルカリエチングとは異なり、インチサイズの小さなウエハ（４インチウエハ等）による試作結果を用いて、インチサイズの大きなウエハ（８インチ，１２インチ等）で製品にする場合でも、同一のマスクパターンと同一のプロセスを適用できるため、量産化への移行を効率的に行える。
そのため、インチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法が得られる。
同様に圧力のレンジに応じてダイアフラムの形状や厚みを変える要求に対しても、上述の接合を用いたダイアフラム形成方法ではダイアフラムの形状や厚みに依存せずに同一のマスクと同一のプロセスで実現できる。
同様に圧力のレンジに応じてダイアフラムの形状や厚みを変える要求に対しても、上述の接合を用いたダイアフラム形成方法ではダイアフラムの形状や厚みに依存せずに同一のマスクと同一のプロセスで実現できる。
シリコンウエハ同士を直接に接続する常温直接接合あるいは金属拡散接合などを含むダイアフラム作製工程が、センサウエハ７１０に配されている金属配線の耐熱温度よりも低い工程であるため、振動子形歪ゲージ素子６１１の金属配線工程を完了した状態で接合が可能である。
常温直接接合あるいは金属拡散接合などを含むダイアフラム作製工程が、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
常温直接接合あるいは金属拡散接合などを含むダイアフラム作製工程が、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
図９は、本発明の他の実施例の要部構成説明図、図１０は図９の要部構成説明図、図１１は図９の製作工程説明図、図１２は図１１のプロセスフローチャート説明図である。
である。
である。
図９において、振動式差圧センサの構造８００を示す。
振動式差圧センサ８００は、センサ基板８１０とベース基板８３０により構成される。ベース基板８３０には、プラズマエッチング及びアルカリエッチングにより、導入孔８４５が設けられている。この孔の形状は導入孔であればどのような穴でも良い。振動子形歪ゲージ素子８１１はダイアフラムの上面８１５に製作されている。
振動式差圧センサ８００は、センサ基板８１０とベース基板８３０により構成される。ベース基板８３０には、プラズマエッチング及びアルカリエッチングにより、導入孔８４５が設けられている。この孔の形状は導入孔であればどのような穴でも良い。振動子形歪ゲージ素子８１１はダイアフラムの上面８１５に製作されている。
ダイアフラムの厚みは、センサ基板８１０の厚みにより決定される。そのため、所望の厚みまで研削研磨してダイアフラムの厚み８２０を調整する。研削研磨量はウエハ毎に微調整できるので、個々のウエハの厚みを数um単位で正確に制御できる。
センサ基板８１０とベース基板８３０はシリコンであり、ウエハの接合には酸化膜やその他の異種材料を介さずに接合される。そのため、接合面でもシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。また、温度特性も良好なセンサを実現できる。
ベース基板８３０の凹部８３５が接合後に形成される隙間として具備される。隙間はプラズマエッチング及びウェットエッチング等により形成される。この隙間は、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングする必要が無いため、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の隙間を精度よく容易に実現できる。よって、異物の混入を考慮した隙間の設計やダイアフラム８１２の可動範囲を考慮した設計に自由度を持たせることができる。
ダイアフラム８１２の寸法はベース基板８３０の凹部の寸法８４０できまる。
具体的な形状としては、図１０に示すごとく、四角形８６０、円形８６５、多角形８７０等が考えられる。ベース基板８３０の凹部８３５部分は、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラムの形成方法と異なり、エッチングの面方位によるマスクパターンの形状制約が無い。
具体的な形状としては、図１０に示すごとく、四角形８６０、円形８６５、多角形８７０等が考えられる。ベース基板８３０の凹部８３５部分は、サブｕｍ〜数１０ｕｍ以下の狭い隙間であるため、アルカリ薬液（ＫＯＨ，ＴＭＡＨ等）を用いて深堀エッチングするダイアフラムの形成方法と異なり、エッチングの面方位によるマスクパターンの形状制約が無い。
そのため、ダイアフラムの結晶方位に制限されずに形状を自由に設計できる。また、センサ基板８１０に形成したリング状の丸み８５０は、ダイアフラムへの応力集中を緩和できるため、破壊耐圧を向上できる。
以上の構成において、図１１にはプロセスの概要図を、図１２にはプロセスフローチャートを示す。
図１１の（ａ)には、センサウエハ９１０の作製工程を示す。
この工程を経たセンサウエハ９１０は、センサウエハ９１０の一方の面９１１に振動子形歪ゲージ素子８１１が配されており、振動子形歪ゲージ素子８１１の形成、金属配線が既に完成したウエハである。つまり、振動子形歪ゲージ素子８１１を配した面９１１の加工は既に完了しており、以降の工程で加工の必要は無い。
この工程を経たセンサウエハ９１０は、センサウエハ９１０の一方の面９１１に振動子形歪ゲージ素子８１１が配されており、振動子形歪ゲージ素子８１１の形成、金属配線が既に完成したウエハである。つまり、振動子形歪ゲージ素子８１１を配した面９１１の加工は既に完了しており、以降の工程で加工の必要は無い。
図１１の（ｂ）にはセンサウエハ９１０の貼り付け工程を示す。
貼り付け用材料９２２を用いて、センサウエハ９１０の素子面とサポートウエハ９２１を貼り付ける。ここでの貼り付け用材料９２２とは、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、UV接着剤、両面テープ、WAX等である。
貼り付け用材料９２２を用いて、センサウエハ９１０の素子面とサポートウエハ９２１を貼り付ける。ここでの貼り付け用材料９２２とは、熱可塑性接着剤、薬液溶解型接着剤、UV接着剤、両面テープ、WAX等である。
貼り付け精度は、以降の研削研磨の厚みのばらつきに影響を及ぼすためＴＴＶ（total thickness variation, ウエハ面内厚みの最小値と再大値の差）や反りを制御する必要がある。サポートウエハ９２１には、サファイア、ガラス、シリコン等の素材を使用する。また、サポートウエハの形状を特に制約するものではない。
図１１の（ｃ）にはセンサウエハ裏面研削研磨工程を示す。
サポートウエハ９２１に貼り付けられたセンサウエハ９１０の振動子形歪ゲージ素子８１１と反対側の面９３１を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
サポートウエハ９２１に貼り付けられたセンサウエハ９１０の振動子形歪ゲージ素子８１１と反対側の面９３１を研削研磨により、所望の厚みまで薄くする。この際、研削時の破砕層や研削跡がなくなるまで研磨を実施する必要がある。
また、薄くしたセンサウエハ９１０には、振動子形歪ゲージ素子８１１の凹凸パターンが研削研磨後の研削研磨面に凹凸とパターンとして現れる。この研削研磨面の凹凸は接合部に未接合部を発生させたり、センサに接合歪を発生させるため、センサウエハ９１０の素子面の凹凸は極力平坦であるほうが良い。センサウエハ９１０を１００ｕｍ以下に研削研磨する場合、ウエハ単体でハンドリングすると簡単にウエハが割れてしまうが、サポートウエハ９２１がついた状態では、数１０ｕｍ以下のウエハでもハンドリングが可能である。
研削研磨後は、研削研磨面の清浄性を高めるために図示しない洗浄工程を実施することが望ましい。洗浄工程は、物理洗浄（ＣＯ2洗浄，２流体洗浄）や酸アルカリ洗浄等が考えられるが、貼り付け用材料の耐熱温度以下で実施し、この材料が薬液耐性を有する薬液を使用する必要がある。
図１１の（ｄ）には、センサウエハ裏面パターン形成工程を示す。
研削研磨面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサウエハの丸み部９３２が形成される。
研削研磨面にレジストを用いたフォトリソグラフィーにより開口部を設け、開口部分をドライエッチング等の手法によりエッチングする。エッチング後にはレジストを剥離することにより、センサウエハの丸み部９３２が形成される。
図１１の（ｅ）には、ベースウエハ作製工程を示す。
ベースウエハ９４０には、圧力導入孔９４１と凹部９４２を形成する。ベースウエハ９４０は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔が形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。また、凹部９４２も同様に、プラズマエッチング及びウェットエッチング等を用いて形成する。
ベースウエハ９４０には、圧力導入孔９４１と凹部９４２を形成する。ベースウエハ９４０は、プラズマエッチング及びウェットエッチング等、圧力導入孔が形成できる手法であればどのような手法を用いても良い。また、この孔の形状は導入孔であればどのような孔でも良い。また、凹部９４２も同様に、プラズマエッチング及びウェットエッチング等を用いて形成する。
図１１の（ｆ）にはウエハ直接接合工程を示す。
圧力導入孔９４１と凹部９４２を製作したベースウエハ９４０と丸み部９３２を製作したセンサウエハ９１０とを接合する。その際、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で、ベースウエハ９４０とセンサウエハ９１０を接合する必要がある。
圧力導入孔９４１と凹部９４２を製作したベースウエハ９４０と丸み部９３２を製作したセンサウエハ９１０とを接合する。その際、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で、ベースウエハ９４０とセンサウエハ９１０を接合する必要がある。
具体的には、接着剤では１００〜２００℃程度、両面テープの場合約１５０℃程度が使用できる上限温度である。また、工程を簡略化する観点から、研削研磨面は成膜や改質工程を実施しない状態で接合を実施することが望ましい。このような条件を満たす接合には、常温直接接合，金属拡散接合がある。
常温直接接合では、ウエハの表面をイオンガン又はＦＡＢ（高速原子ビーム）ガンで接合面の表面をエッチングして活性を上げた後、高真空中でウエハを接合する。この技術の特徴は、常温で接合が可能であること、表面がシリコン同士の接合に適している点である。貼り合せ用材料から出るガスは表面に再付着して接合力を大幅に落とす原因となるため、貼り合せ用材料には出るガスが無いものを選定する必要がある。
金属拡散接合は、常温直接接合でエッチングを用いて表面活性を上げる代わりに、原子層レベルで基板表面に金属を付けて接合する技術である。
常温直接接合と同様に高真空下で接合を実施する。この接合においては異種材料が非常に薄く原子層レベルで付いているだけなので、差圧センサの特性を悪化させることは無く接合できる。
常温直接接合と同様に高真空下で接合を実施する。この接合においては異種材料が非常に薄く原子層レベルで付いているだけなので、差圧センサの特性を悪化させることは無く接合できる。
低温での接合技術としては、上述した技術以外にプラズマ活性化接合がある。
プラズマ活性化接合は、Ａｒ，Ｎ2，Ｏ2等のガスを用いたプラズマで表面にＯＨ基を配した状態で、表面同士を仮接合（単に貼り付ける行為）後、４００度程度の温度でアニールすることにより接合強度を高める。この技術では、ＯＨ基に起因して発生する水分がボイドの原因となるが、接合面積の小さいダイアフラムのような構造では、水分が接合界面から離脱でき、ボイドのない良好な接合を実現できる。
プラズマ活性化接合は、Ａｒ，Ｎ2，Ｏ2等のガスを用いたプラズマで表面にＯＨ基を配した状態で、表面同士を仮接合（単に貼り付ける行為）後、４００度程度の温度でアニールすることにより接合強度を高める。この技術では、ＯＨ基に起因して発生する水分がボイドの原因となるが、接合面積の小さいダイアフラムのような構造では、水分が接合界面から離脱でき、ボイドのない良好な接合を実現できる。
図１１の（ｇ）には、サポートウエハ９２１の剥離工程を示す。
薄く研磨された後に直接接合されたセンサウエハ９１０とベースウエハ９４０をサポートウエハ９２１から切り離す。サポートウエハ９２１からの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。例えば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
薄く研磨された後に直接接合されたセンサウエハ９１０とベースウエハ９４０をサポートウエハ９２１から切り離す。サポートウエハ９２１からの剥離方法は、使用する接着剤によりその方法が異なる。例えば、熱可塑性接着剤では温度をかけた状態でスライドさせることにより剥離する。
また、熱剥離型の両面テープでは熱をかけるだけで簡単に剥離が可能である。図示していないが、剥離後は、貼り合せ用材料の残渣を除去するため、スピン洗浄、薬液浸漬等にて、センサ素子面を洗浄することが望ましい。
図１１の（ｈ）にはダイシング工程を示す。
ウエハの最終工程として、接合後にサポートウエハ９２１を剥離した接合済みウエハ９６０のダイシングを行う。これにより振動式差圧センサ８００が完成する。
ウエハの最終工程として、接合後にサポートウエハ９２１を剥離した接合済みウエハ９６０のダイシングを行う。これにより振動式差圧センサ８００が完成する。
この結果、図９実施例では、図１実施例の効果を減じることなく、更に、ダイアフラム８１２への応力集中を抑える構造を実現できる。
本発明によれば、次のような効果がある。
ダイアフラム８１２の厚さを接合前に研削研磨により調整できるため、例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム８１２の厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。
ダイアフラム８１２の厚さを接合前に研削研磨により調整できるため、例えば、数ｕｍ〜サブｕｍ程度の精度でダイアフラム８１２の厚みを容易に制御できる。そのため、感度のバラツキを抑制可能な振動式差圧センサが得られる。
接合に異種材料を使用しないため、接合部分がシリコンの母材強度と同等の破壊強度を実現できる。よって、破壊耐圧特性に優れた振動式差圧センサが得られる。また、熱膨張係数の違いによる熱歪を抑えられるため、温度特性が良い振動式差圧センサが得られる。
温度及び圧力履歴により生じる異種材料間の内部残留歪も抑えられ、ヒステリシスの無い構造を実現できる振動式差圧センサが得られる。ベースウエハの凹部９４２の深さにて、隙間を決定することができるため、ベース基板の凹部８３５とダイアフラム８１２の間で、例えば、数１０ｕｍ〜サブｕｍ以下までの隙間を形成できる。また、エッチング量も少ないことから、その精度もサブｕｍ程度の高精度で制御が可能である。
その結果、ダイアフラム８１２の共振を防止でき、異物混入によりダイアフラムの可動範囲が制限されないので、入出力特性等の諸特性が良好な振動式差圧センサが得られる。また、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、ダイアフラム周辺での応力集中部分に丸みを持たせることでき、破壊耐圧が増加する。
そのため、コストを抑え、感度高い振動式差圧センサが得られる。
そのため、コストを抑え、感度高い振動式差圧センサが得られる。
ベース基板８３０の、例えば、数１０ｕｍ以下の凹部８３５の形状がそのままダイアフラム８１２の形状となるため、素子が形成されたウエハの裏面からアルカリ溶液による深堀の異方性エッチングによってダイアフラムを形成する場合比べて、（１１１）結晶面によるダイアフラムサイズや形状の変化がないので、円形など結晶方位に制約されない自由な形状を作製できる。
特に、プラズマを用いた等方性エッチングを用いれば、製造工程は単純になり、コストを抑え、感度が高い振動式差圧センサが得られる。
また、研削研磨により、ダイアフラム８１２の厚みが決められることから、アルカリエッチングによる深堀と異なりエッチングの深さによるダイアフラム形状の差異を考慮したマスクが必要なくなる。
つまり、アルカリエチングとは異なり、インチサイズの小さなウエハ（４インチウエハ等）による試作結果を用いて、インチサイズの大きなウエハ（８インチ，１２インチ等）で製品にする場合でも、同一のマスクパターンと同一のプロセスを適用できるため、量産化への移行を効率的に行える。そのため、インチサイズによらない振動式差圧センサの製造方法が得られる。
同様に、圧力のレンジに応じてダイアフラム８１２の形状や厚みを変える要求に対しても、上述の常温直接接合あるいは金属拡散接合などによる接合を用いたダイアフラム形成ではダイアフラム８１２の形状や厚みに依存せず同一のマスクと同一のプロセスで実現できる。
同様に、圧力のレンジに応じてダイアフラム８１２の形状や厚みを変える要求に対しても、上述の常温直接接合あるいは金属拡散接合などによる接合を用いたダイアフラム形成ではダイアフラム８１２の形状や厚みに依存せず同一のマスクと同一のプロセスで実現できる。
シリコンウエハ同士を直接に接合する常温直接接合あるいは金属拡散接合などを含むダイアフラム８１２の作製工程が、センサウエハ９１０に配されている金属配線の耐性温度よりも低い工程であるため、振動子形歪ゲージ素子の金属配線工程を完了した状態で接合が可能である。
また、常温直接接合あるいは金属拡散接合などを含むダイアフラム作製工程が、例えば、４００度以下で構成できるので、差圧センサの特性に影響を与えるようなシリコンのクリープや熱歪が残留しない。そのため、良好な特性の振動式差圧センサの製造方法が得られる。
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
１０１ 単結晶シリコンウエハ
１０２ ダイアフラム
４００ 振動式差圧センサ
４１０ センサ基板
４１１ 振動子形歪ゲージ素子
４１２ ダイアフラム
４１５ 上面
４２０ ダイアフラムの厚み
４３０ ベース基板
４３５ 凹部
４４０ 凹部の部分の寸法
４４５ 導入孔
４４６ 流体
４６０ 四角形
４６５ 円形
４７０ 多角形
５１０ センサウエハ
５２１ サポートウエハ
５２２ 貼り付け用材料
５３１ 反対側の面
５４０ ベースウエハ
５４１ 圧力導入孔
５４２ 凹部
５６０ ポートウエハを剥離した接合済みウエハ
６００ 振動式差圧センサ
６１０ センサ基板
６１１ 振動子形歪ゲージ素子
６１２ ダイアフラム
６１５ 上面
６２０ ダイアフラムの厚み
６３０ ベース基板
６３５ 凹部
６４０ 凹部の部分の寸法
６４５ 導入孔
６４６ 流体
６５０ 丸み
６６０ 四角形
６６５ 円形
６７０ 多角形
７１０ センサウエハ
７２１ サポートウエハ
７２２ 貼り付け用材料
７３１ 反対側の面
７４０ ベースウエハ
７４１ 圧力導入孔
７４２ 凹部
７６０ ポートウエハを剥離した接合済みウエハ
８００ 振動式差圧センサ
８１０ センサ基板
８１１ 振動子形歪ゲージ素子
８１２ ダイアフラム
８１５ 上面
８２０ ダイアフラムの厚み
８３０ ベース基板
８３５ 凹部
８４０ 凹部の部分の寸法
８４５ 導入孔
８４６ 流体
８５０ 丸み
８６０ 四角形
８６５ 円形
８７０ 多角形
９１０ センサウエハ
９２１ サポートウエハ
９２２ 貼り付け用材料
９３１ 反対側の面
９３２ 丸み
９４０ ベースウエハ
９４１ 圧力導入孔
９４２ 凹部
９６０ ポートウエハを剥離した接合済みウエハ
１０２ ダイアフラム
４００ 振動式差圧センサ
４１０ センサ基板
４１１ 振動子形歪ゲージ素子
４１２ ダイアフラム
４１５ 上面
４２０ ダイアフラムの厚み
４３０ ベース基板
４３５ 凹部
４４０ 凹部の部分の寸法
４４５ 導入孔
４４６ 流体
４６０ 四角形
４６５ 円形
４７０ 多角形
５１０ センサウエハ
５２１ サポートウエハ
５２２ 貼り付け用材料
５３１ 反対側の面
５４０ ベースウエハ
５４１ 圧力導入孔
５４２ 凹部
５６０ ポートウエハを剥離した接合済みウエハ
６００ 振動式差圧センサ
６１０ センサ基板
６１１ 振動子形歪ゲージ素子
６１２ ダイアフラム
６１５ 上面
６２０ ダイアフラムの厚み
６３０ ベース基板
６３５ 凹部
６４０ 凹部の部分の寸法
６４５ 導入孔
６４６ 流体
６５０ 丸み
６６０ 四角形
６６５ 円形
６７０ 多角形
７１０ センサウエハ
７２１ サポートウエハ
７２２ 貼り付け用材料
７３１ 反対側の面
７４０ ベースウエハ
７４１ 圧力導入孔
７４２ 凹部
７６０ ポートウエハを剥離した接合済みウエハ
８００ 振動式差圧センサ
８１０ センサ基板
８１１ 振動子形歪ゲージ素子
８１２ ダイアフラム
８１５ 上面
８２０ ダイアフラムの厚み
８３０ ベース基板
８３５ 凹部
８４０ 凹部の部分の寸法
８４５ 導入孔
８４６ 流体
８５０ 丸み
８６０ 四角形
８６５ 円形
８７０ 多角形
９１０ センサウエハ
９２１ サポートウエハ
９２２ 貼り付け用材料
９３１ 反対側の面
９３２ 丸み
９４０ ベースウエハ
９４１ 圧力導入孔
９４２ 凹部
９６０ ポートウエハを剥離した接合済みウエハ
Claims (5)
- センサウエハの一方の素子面に歪ゲージ素子が設けられ、前記センサウエハの他方の研削研磨面が研磨されて前記素子面から前記研削研磨面までの厚みを有するダイアフラムが形成されてなるセンサ基板と、
この研削研磨面に接合されたベース基板と、
前記ベース基板と前記センサ基板との接合部に設けられ、所定の隙間を有する凹部と、
この凹部に測定圧を導入する導入孔とを具備し、
前記研削研磨面が、前記歪ゲージ素子の凹凸パターンを現した、凹凸パターンを備える
ことを特徴とする圧力センサ。 - 前記凹部が前記ベース基板または前記センサ基板のいずれか一方のみに形成される
ことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。 - 前記センサウエハの素子面が平坦である
ことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。 - 前記センサウエハが１００ｕｍ以下に研削研磨される
ことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。 - 前記研削研磨面と前記ベース基板とが常温直接接合で接合される
ことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
Priority Applications (1)
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