JP3545224B2

JP3545224B2 - Pressure sensor

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Publication number: JP3545224B2
Application number: JP29912198A
Authority: JP
Inventors: 幸一楠山; 正夫塚田
Original assignee: 株式会社日立ユニシアオートモティブ
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1998-10-06
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JP2000111433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出するのに用いて好適な圧力センサに関し、特にエッチング処理等の半導体製造技術を用いてシリコン基板等に形成される半導体式の圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体式の圧力センサとして、シリコン等の半導体材料からなる基板上でエッチング等の半導体製造技術を用いて形成したものが例えば特開平２−１３２３３７号公報によって知られている。
【０００３】
そこで、図１０ないし図１３に基づき従来技術によるダイヤフラム型の圧力センサをシリコン基板に形成する場合について述べる。
【０００４】
１は従来技術に用いられる圧力センサ、２は該圧力センサ１の基台をなすシリコン基板で、該シリコン基板２は、その表面２Ａと裏面２Ｂとは、シリコンの（１００）面とほぼ一致するように形成されている。
【０００５】
３シリコン基板２の裏面２Ｂ側に略正方形状に凹設された受圧凹溝で、該受圧凹溝３によりシリコン基板２の表面２Ａ側に薄肉のダイヤフラム部４が形成されている。また、ダイヤフラム部４上には該ダイヤフラム部４に生じる撓みを検出するピエゾ抵抗素子５が設けられ、該ピエゾ抵抗素子５にはリード端子６，６が接続されている。
【０００６】
そして、圧力センサ１の作動時には、流体圧等がダイヤフラム部４に作用すると、この圧力に応じてダイヤフラム部４が全体に亘って撓み変形する。このとき、ピエゾ抵抗素子５は撓み変形部分となるダイヤフラム部４に設けられているから、ピエゾ抵抗素子５に歪が生じる。このため、ピエゾ抵抗素子５の抵抗値を各リード端子６間の電圧、電流等によって検出することによって、ダイヤフラム部４に加わる圧力を検出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、図１２、図１３に示すように、シリコン基板２の厚さ寸法をＡ、（１１１）面と（１００）面とのなす角度を（９０°−α）（但し、α≒３５．３°）、ダイヤフラム部４の一辺の幅寸法をＢとしたとき、幅寸法Ｂのダイヤフラム部４を形成するために必要な受圧凹溝３の開口部３Ａの一辺の長さ寸法Ｃは、下記の数１によって設定される。
【０００８】
【数１】
Ｃ＞２Ａ×ｔａｎα＋Ｂ
【０００９】
そして、この数１からも分かるように、受圧凹溝３の開口部３Ａの大きさは、シリコン基板２の厚さ寸法Ａとダイヤフラム部４の幅寸法Ｂとによって設定され、開口部３Ａの大きさによってシリコン基板２（圧力センサ１）の外形が決められてしまう。このため、シリコン基板２の大きさは開口部３Ａの大きさによって設定されているから、１枚のシリコンウエハから製造される圧力センサ１の個数が決められ、製造コストが悪化してしまうという問題がある。また、圧力センサに加わる総圧力の大きさは、受圧凹溝３の開口部３Ａの面積に比例するため、受圧凹溝３の開口部３Ａの大きさに応じてセンサの構造を強化する必要があり、これも製造コストの悪化の原因となっていた。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は受圧凹溝の開口部を従来技術に比べて小さくすることにより、製造コストを低減することのできる圧力センサを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明に係る圧力センサは、裏面がシリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成された基板と、平行四辺形からなる開口部となって該基板の裏面側から形成された受圧凹溝と、前記基板に該受圧凹溝を形成することにより該基板に設けられたダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部の位置で前記基板の表面側に凹設された検出用凹溝と、少なくとも該検出用凹溝内に設けられ前記ダイヤフラム部に生じる撓みを検出する撓み検出素子とを備え、前記受圧凹溝は、その開口部を長尺な辺と短尺な辺とを有する平行四辺形に形成すると共に、前記検出用凹溝よりも大きい面積の底面をもって形成し、前記検出用凹溝を構成する辺を前記受圧凹溝の開口部を構成する長尺な辺に平行に設け、前記ダイヤフラム部は前記検出用凹溝の内側部分を薄肉部とすると共に、前記検出用凹溝の外側部分を厚肉部として形成し、前記撓み検出素子は前記薄肉部に配置する構成としている。
【００１２】
このように構成することにより、ダイヤフラム部のうち検出用凹溝の内側部分だけを撓み変形部分とすることができ、ダイヤフラム部に圧力が作用したとき、検出用凹溝の内側の部分を撓み変形させ、このときの撓みを撓み検出素子によって検出し、圧力を検出することができる。
【００１３】
また、基板の裏面をシリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成すると共に、受圧凹溝の開口部を、例えば該基板の裏面内に含まれる［１００］軸とのなす角度が５４．７°である一対の辺を有する平行四辺形としたから、シリコンの結晶方向に沿って基板の裏面から形成される受圧凹溝は、従来技術のように、基板の裏面をほぼ（１００）面に沿って形成したときの受圧凹溝の開口部に比べて、小さくすることができる。
また、ダイヤフラム部には検出用凹溝の内側部分を薄肉部とし、検出用凹溝の外側部分を厚肉部としたから、ダイヤフラム部に圧力が作用したときに、厚肉部に撓みが生じるのを防止しつつ、薄肉部を撓み変形させることができる。そして、薄肉部に設けた撓み検出素子によってダイヤフラム部に作用する圧力を正確に検出することができる。
さらに、受圧凹溝の底面は検出用凹溝よりも大きい面積をもつから、ダイヤフラム部の表面側に検出用凹溝を容易に凹設することができる。これにより、受圧凹溝と検出用凹溝との間に位置ずれが生じたときでも、検出用凹溝の内側部分に撓み変形部分となる薄肉部を形成することができる。
また、受圧凹溝の開口部を、基板の裏面内に含まれる［１００］軸とのなす角度が５４．７°である一対の辺を有する平行四辺形としたから、シリコンの結晶方向に沿って基板の裏面から形成される受圧凹溝は、従来技術のように、基板の裏面をほぼ（１００）面に沿って形成したときの受圧凹溝の開口部に比べて、小さくすることができる。
【００２０】
請求項２の発明は、裏面がシリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成された基板と、平行四辺形からなる開口部となって該基板の裏面側から形成された受圧凹溝と、前記基板に該受圧凹溝を形成することにより該基板に設けられたダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部の位置で前記基板の表面側に凹設された検出用凹溝と、少なくとも該検出用凹溝内に設けられ前記ダイヤフラム部に生じる撓みを検出する撓み検出素子とを備え、前記受圧凹溝は前記検出用凹溝よりも大きい面積の底面をもって形成し、前記ダイヤフラム部は前記検出用凹溝の内側部分を薄肉部とすると共に、前記検出用凹溝の外側部分を厚肉部として形成し、前記撓み検出素子は前記薄肉部に配置し、前記受圧凹溝の開口部を平行四辺形とした場合、検出用凹溝よりも大きいダイヤフラム部を形成するための平行四辺形は、前記基板の厚さ寸法をａ、前記検出用凹溝の溝幅寸法をｂとしたとき、長尺な辺の長さ寸法ｃを、

とし、
短尺な辺の長さ寸法ｄを、

として形成したことにある。
【００２１】
請求項３の発明は、裏面がシリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成された基板と、平行四辺形からなる開口部となって該基板の裏面側から形成された受圧凹溝と、前記基板に該受圧凹溝を形成することにより該基板に設けられたダイヤフラム部と、該ダイヤフラム部の位置で前記基板の表面側に凹設された検出用凹溝と、少なくとも該検出用凹溝内に設けられ前記ダイヤフラム部に生じる撓みを検出する撓み検出素子とを備え、前記受圧凹溝は前記検出用凹溝よりも大きい面積の底面をもって形成し、前記ダイヤフラム部は前記検出用凹溝の内側部分を薄肉部とすると共に、前記検出用凹溝の外側部分を厚肉部として形成し、前記撓み検出素子は前記薄肉部に配置し、前記受圧凹溝の開口部を平行四辺形に形成し、前記検出用凹溝を正方形に形成し、該検出用凹溝を構成する正方形の辺を前記受圧凹溝の開口部を構成する長尺な辺に平行に設けた場合、検出用凹溝よりも大きいダイヤフラム部を形成するための平行四辺形は、前記基板の厚さ寸法をａ、前記検出用凹溝の溝幅寸法をｂとしたとき、長尺な辺の長さ寸法ｃを、

とし、
短尺な辺の長さ寸法ｄを、

として形成したことにある。
【００２２】
このように構成することにより、従来技術のように、基板の裏面をほぼ（１００）面に沿って形成したときの受圧凹溝の開口部に比べて、開口部を小さくすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧力センサの実施の形態を、添付した図１ないし図９に従って詳細に説明する。なお、実施の形態では、（１１０）面、（−１１０）面等のシリコンの結晶面を代表して（１１０）面と呼び、異方性エッチングによって形成される（１１１）、（−１−１−１）面等の結晶面を代表して（１１１）面と呼ぶ。
【００２４】
まず、本発明による第１の実施の形態に係る圧力センサを、図１ないし図６を参照しつつ述べる。
【００２５】
１１は本実施の形態に用いられる圧力センサ、１２は該圧力センサ１１の基台をなすシリコン基板で、該シリコン基板１２は、シリコン単結晶からなる基底部１２Ａと、該基底部１２Ａの表面側に形成された他のシリコン単結晶からなる表層部１２Ｂと、該表層部１２Ｂと前記基底部１２Ａとの間に介在した酸化膜としての絶縁層部１２Ｃとを備えたＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板として構成されている。
【００２６】
そして、表層部１２Ｂは、リン等の不純物が添加されることによりｎ型半導体となっている。また、基底部１２Ａの裏面１２Ｄ側にはシリコンの酸化膜１３と窒化膜１４とが設けられている。さらに、シリコン基板１２の裏面１２Ｄは、シリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成されている。
【００２７】
１５は基底部１２Ａの中央に位置して裏面１２Ｄ側に凹設された受圧凹溝で、該受圧凹溝１５は、基底部１２Ａの裏面１２Ｄ側にシリコンの酸化膜１３，窒化膜１４の開口部１３Ａ，１４Ａとを介して異方性のエッチング処理等を施すことにより、裏面１２Ｄから絶縁層部１２Ｃに達している。また、受圧凹溝１５の開口部１５Ａは、（１１０）面と（１１１）面との交線からなる１個の平行四辺形となって形成されている。
【００２８】
また、シリコン基板１２の基底部１２Ａの厚さ寸法がａ、側壁１５Ｂと底面１２Ｄとのなす角度、即ち（１１１）面と（１１０）面とのなす角度が（９０°−α′）（但し、α′≒５４．７°）となっている。
【００２９】
さらに、受圧凹溝１５の開口部１５Ａは、長尺な辺１５Ｃと短尺な辺１５Ｄとを有し、長尺な辺１５Ｃはシリコンの結晶方向として例えば［００１］軸方向に角α′をなして延びると共に、短尺な辺１５Ｄは［００１］軸方向に角−α′をなして延びている。
【００３０】
また、２つの側壁１５Ｂは長尺な辺１５Ｃと短尺な辺１５Ｄに挟まれて略四角形状をなして形成されている。そして、前記長尺な辺１５Ｃと短尺な辺１５Ｄの間に位置した鋭角βは約７０．６°となり、鈍角γは約１０９．４°となっている。
【００３１】
１６は受圧凹溝１５によってシリコン基板１２に設けられたダイヤフラム部で、該ダイヤフラム部１６は、図２に示すように、受圧凹溝１５の底部に位置して、長尺な辺１５Ｃの一部が平行な辺となった四角形状をなしている。そして、ダイヤフラム部１６は後述の検出用凹溝１７の内側では薄肉部１８を形成し、検出用凹溝１７の外側では厚肉部１９を形成している。また、ダイヤフラム部１６は、受圧凹溝１５の２本の対角線の交点位置に設けられている。
【００３２】
１７は受圧凹溝１５に対向して表層部１２Ｂの表面側に凹設された検出用凹溝で、該検出用凹溝１７は浅溝状をなして形成されている。そして、検出用凹溝１７上には後述の絶縁膜２２、保護膜２４により凹陥部１７Ａが設けられている。また、検出用凹溝１７は、凹陥部１７Ａと実質的には同一の形状となり、ダイヤフラム部１６の面積よりも小さい面積を有し、一辺の溝幅寸法がｂとなった正方形の凹面部１７Ｂとなっている（図２参照）。
【００３３】
１８は検出用凹溝１７の位置で表層部１２Ｂ、絶縁層部１２Ｃに形成された薄肉部で、該薄肉部１８は、ダイヤフラム部１６に圧力が作用したときに、その圧力に応じて撓み変形するものである。
【００３４】
１９は検出用凹溝１７の外側に形成された厚肉部で、該厚肉部１９は、薄肉部１８の外側を取囲み、略四角形の枠状をなしてシリコン基板１２の表層部１２Ｂ、絶縁層部１２Ｃに形成されている。
【００３５】
２０，２０，…は検出用凹溝１７内に設けられた例えば４個のピエゾ抵抗素子（２個のみ図示）で、該各ピエゾ抵抗素子２０は、ホウ素等の不純物をシリコン基板１２の表層部１２Ｂに注入、拡散し、その一部を略長方形状にピエゾ抵抗化することによって、撓み検出素子として構成されている。
【００３６】
２１，２１，…はシリコン基板１２上に設けられた拡散層配線、２２はピエゾ抵抗素子２０と拡散層配線２１との上側に形成された絶縁膜、２３はシリコン基板１２上に絶縁膜２２上に設けられた金属配線である。２４は金属配線２３を保護するための絶縁性の保護膜で、該保護膜２４はシリコン基板１２の表面側で全面に亘って設けられている。
【００３７】
２５は検出用凹溝１７を閉塞する閉塞板を示し、該閉塞板２５は、陽極接合法等を用いることによって、絶縁膜２２と保護膜２４とを介して厚肉部１９の表面側に固着されている。そして、閉塞板２５は凹陥部１７Ａとの間に基準圧室Ｓを構成している。
【００３８】
本発明による圧力センサ１１は、上述の如き構成を有するもので、シリコン基板１２の基底部１２Ａには裏面１２Ｄから受圧凹溝１５を形成することにより、絶縁層部１２Ｃにダイヤフラム部１６を形成し、表層部１２Ｂには検出用凹溝１７を形成し、ダイヤフラム部１６には検出用凹溝１７の内側部分を薄肉部１８としたから、ダイヤフラム部１６に圧力が作用したときに、厚肉部１９に撓みが生じるのを防止しつつ、薄肉部１８を撓み変形させることができる。そして、薄肉部１８に設けた各ピエゾ抵抗素子２０によってダイヤフラム部１６に作用する圧力を正確に検出することができる。
【００３９】
また、受圧凹溝１５によって形成されるダイヤフラム部１６は、検出用凹溝１７の凹面部１７Ｂの面積よりも大きい面積をもつから、ダイヤフラム部１６の表面側に検出用凹溝１７を容易に凹設することができる。これにより、受圧凹溝１５と検出用凹溝１７との間に位置ずれが生じたときでも、検出用凹溝１７の内側部分に撓み変形部分となる薄肉部１８を形成することができる。
【００４０】
次に、受圧凹溝１５の開口部１５Ａの形状について説明する。なお、図２ないし図５ではシリコン基板１２の表層部１２Ｂの部分は省略している。
【００４１】
また、一辺の溝幅寸法ｂを有する凹面部１７Ｂ（検出用凹溝１７）を形成するために必要な受圧凹溝１５の開口部１５Ａは、下記の数２のようになる。
【００４２】
なお、シリコン基板１２の裏面１２Ｄはシリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成しているから、図２に示すように、受圧凹溝１５の開口部１５Ａの形状は、シリコンの結晶方向から、長尺な辺と短尺な辺の間に位置した鋭角βが約７０．６°、鈍角γが約１０９．４°となる。さらに、開口部１５Ａの長尺な辺１５Ｃの長さ寸法をｃ1 、短尺な辺１５Ｄの長さ寸法をｄ1 とする。
【００４３】
【数２】

【００４４】
そして、数２によって明らかなように、角度α′，β，γはシリコン結晶により設定される固定値となっているから、長尺な辺の長さ寸法ｃ1 と短尺な辺の長さ寸法ｄ1 は、基底部１２Ａの厚さ寸法ａ、凹面部１７Ｂ（検出用凹溝１７）の溝幅寸法ｂによってのみ設定される。そして、本実施の形態では、受圧凹溝１５の開口部１５Ａは、長尺な辺１５Ｃと短尺な辺１５Ｄがシリコン基板１２の長さ方向と角α′をなして延びている。
【００４５】
次に、図６に基づいてシリコンウエハの裏面から受圧凹溝１５を形成する構成について説明する。
【００４６】
まず、３１は複数個の圧力センサを形成するためのシリコンウエハで、該シリコンウエハ３１の表層部に図示しない検出用凹溝１７、ピエゾ抵抗素子２０、配線２１，２３、絶縁膜２２、保護膜２４等が形成されている。また、シリコンウエハ３１の裏面３１Ａはほぼ（１１０）面に沿って形成されている。
【００４７】
３２はシリコンウエハ３１の裏面３１Ａに受圧凹溝１５を形成するための露光マスクで、該露光マスク３２は、シリコンウエハ３１のうち圧力センサが形成される位置に対応した複数のエリア３２Ａ，３２Ａ，…を有し、該各エリア３２Ａには、受圧凹溝に対応した平行四辺形の露光パターン３３が形成されている。
【００４８】
そして、裏面３１Ａに酸化膜等を形成した上で、感光性のレジスト（いずれも図示せず）等を塗布し、このレジストを露光マスク３２の露光パターン３３を通して感光させることにより、これらの露光パターン３３をレジストに転写する。さらに、酸化膜に対してエッチング処理を施すことにより、受圧凹溝１５に対応した酸化膜の開口部をシリコンウエハ３１の裏面３１Ａに形成する。
【００４９】
次に、例えばＫＯＨ、ヒドラジン等のエッチング液を用いることにより、酸化膜をマスクとしてシリコンウエハ３１の裏面３１Ａ側に異方性のエッチング処理を施し、開口部１５Ａが平行四辺形、底部がダイヤフラム部１６となった受圧凹溝１５が形成される。そして、各圧力センサを二点鎖線部分でシリコンウエハ３１から切り離して、圧力センサを複数個製造する。
【００５０】
かくして、本実施の形態では、シリコン基板１２の裏面１２Ｄを、シリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成すると共に、受圧凹溝１５の開口部１５Ａを、長尺な辺１５Ｃと短尺な辺１５Ｄとを有する平行四辺形に形成している。これにより、圧力の検出部分となる凹面部１７Ｂの溝幅寸法ｂを確保した上で、短尺な辺１５Ｄの長さ寸法ｄ1 の最小値は、従来技術による受圧凹溝３の開口部３Ａの長さ寸法Ｃに対して小さくなる。
【００５１】
この結果、開口部１５Ａの短尺な辺１５Ｄの長さ寸法ｄ1 を従来技術に比べて小さくすることにより、シリコン基板１２の幅方向を小さくでき、１枚のシリコンウエハ３１から製造される圧力センサ１１の個数を従来技術に比べて多くすることができ、歩留を向上することができる。
【００５２】
そして、本実施の形態では、圧力センサ１１のコスト低減を図ることができる。また、圧力を受ける面積、受圧面積を小さくすることができるため、圧力センサ１１に加わる総圧力が小さくなり、同一の接合強度を有する材料、接合技術等を利用した場合、接合面積を小さくすることが可能となる。従って、１枚のシリコンウエハ３１から製造される圧力センサ１１の個数を従来技術に比べて多くすることができる。
【００５３】
次に、図７ないし図１０を参照しつつ、本発明に係る第２の実施の形態について述べるに、本実施の形態の特徴は、検出用凹溝を構成する正方形の辺を前記受圧凹溝の開口部を構成する長尺な辺に平行に設けたことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、シリコン基板の表面側には検出用凹溝１７、ピエゾ抵抗素子２０、配線２１，２３、絶縁膜２２、保護膜２４等が形成されているものとする。
【００５４】
４１は本実施の形態に用いられる圧力センサで、該圧力センサ４１はシリコン基板４２等によって構成されている。また、該シリコン基板４２は、前述した第１の実施の形態による基底部１２Ａ、表層部１２Ｂ、絶縁層部１２Ｃからなるシリコン基板１２とほぼ同様に、基底部４２Ａ、表層部４２Ｂ、絶縁層部４２Ｃを備えたＳＯＩ基板として構成されている。また、シリコン基板４２の裏面４２Ｄは、シリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成されている。さらに、基底部４２Ａの裏面４２Ｄ側には酸化膜４３と窒化膜４４とが設けられ、該酸化膜４３，窒化膜４４の開口部４３Ａ，４４Ａは後述する受圧凹溝３５の開口部４５Ａと同じ形状に形成されている。
【００５５】
４５は中央に位置して裏面４２Ｄ側に凹設された受圧凹溝で、該受圧凹溝３５は、酸化膜４３，窒化膜４４の開口部４３Ａ，４４Ａとを通して異方性エッチング処理等を施すことにより、裏面４２Ｄから絶縁層部４２Ｃに達している。また、該受圧凹溝３５の開口部４５Ａは、平行四辺形となっている。また、平行四辺形は、その開口部が、長尺な辺４５Ｂと短尺な辺４５Ｃとを有し、前記長尺な辺４５Ｂの端部に位置した鋭角βは約７０．６°となり、鈍角γは約１０９．４°となり、シリコンの（１１１）面と（１１０）面とのなす角度が（９０°−α′）（但し、α′≒５４．７°）となっている。
【００５６】
４６は受圧凹溝３５によってシリコン基板４２に設けられたダイヤフラム部で、該ダイヤフラム部４６は、図７に示すように、受圧凹溝３５の底部に位置して、四角形状をなしている。また、ダイヤフラム部４６は検出用凹溝１７の内側では薄肉部１８を形成し、検出用凹溝１７の外側では厚肉部１９を形成している。そして、ダイヤフラム部４６は、長尺な辺４５Ｂ上で平行四辺形の長さ寸法の中間位置に設けられている。ここで、受圧凹溝３５の開口部４５Ａの形状について説明する。シリコン基板４２の裏面４２Ｄはシリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成されているから、図７に示すように、受圧凹溝３５の開口部４５Ａの形状は、平行四辺形に形成されている。
【００５７】
また、一辺の溝幅寸法ｂを有する凹陥部１７Ａ（検出用凹溝１７）を形成するのに必要な受圧凹溝３５の開口部４５Ａは、下記の数３によって設定される。
【００５８】
なお、シリコン基板４２の裏面４２Ｄは、シリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成されているから、図７に示すように、長尺な辺４５Ｂと短尺な辺４５Ａに挟まれた鋭角βは約７０．６°となり、鈍角γは約１０９．４°となっている。さらに、開口部４５Ａの長尺な辺４５Ｂの長さ寸法をｃ2 、短尺な辺４５Ｃの長さ寸法をｄ2 とする。
【００５９】
【数３】

【００６０】
そして、数３によって明らかなように、鋭角βと鈍角γ間の辺の長さ寸法ｄ2 は、シリコン基板４２の厚さ寸法ａ、凹面部１７Ｂ（検出用凹溝１７）の溝幅寸法ｂによってのみ設定され、受圧凹溝３５の開口部４５Ａは、長尺な辺４５Ｂがシリコン基板４２の長さ方向に延びている。
【００６１】
また、シリコンウエハ（シリコン基板４２）の裏面に受圧凹溝３５を形成する工程では、露光マスクに形成した露光パターンの形状を前述した平行四辺形とすることにより、第１の実施の形態と同様にしてシリコン基板４２に受圧凹溝３５を形成している。
【００６２】
かくして、本実施の形態では、シリコン基板４２の裏面４２Ｄを、シリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成すると共に、受圧凹溝３５の開口部４５Ａを構成する平行四辺形の長尺な辺４５Ｂと正方形の検出用凹溝部１７を構成する辺の一部を平行に形成している。これにより、圧力の検出部分となる検出用凹溝１７の溝幅寸法ｂを確保した上で、シリコン基板４２の幅方向に延びる短尺な辺４５Ｃの長さ寸法ｄ2 は、従来技術による受圧凹溝３の開口部３Ａの長さ寸法Ｃに対して小さくすることができる（数３参照）。
【００６３】
この結果、開口部４５Ａの辺の長さ寸法ｄ2 をより小さくすることにより、シリコン基板４２の幅を第１の実施の形態に比べてより小さくでき、１枚のシリコンウエハから製造される圧力センサの数を増やすことができ、圧力センサのコスト低減を図ることができる。
【００６４】
なお、各実施の形態では基板にＳＯＩ基板を用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、裏面に（１１０）面を有するシリコン基板を用いてもよい。
【００６５】
また、撓み検出阻止の形成されるＳＯＩ基板の表層部には、表面が（１００）面もしくは（１１１）面を有するシリコン基板を用いてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の本発明によれば、基板には裏面側から受圧凹溝、表面側から検出用凹溝とをそれぞれ設けたから、ダイヤフラム部に圧力が作用したときに撓み変形する撓み変形部分を、前記基板に容易に形成することができる。そして、撓み変形部分に設けた撓み検出素子によって、ダイヤフラム部に作用する圧力を正確に検出することができる。
【００６７】
また、基板の裏面をシリコンのほぼ（１１０）面に沿って形成すると共に、受圧凹溝の開口部を、例えば該基板の裏面内に含まれる［１００］軸とのなす角度が５４．７°である一対の辺を有する平行四辺形としたから、シリコンの結晶方向に沿って基板の裏面から形成される受圧凹溝は、従来技術のように、基板の裏面をほぼ（１００）面に沿って形成したときの受圧凹溝の開口部に比べて、短尺な辺の分だけ小さくして形成することができる。そして、１枚のシリコンウエハから製造される圧力センサの個数を、従来技術に比べて多くでき、歩留を向上することができる。
また、ダイヤフラム部には検出用凹溝の内側部分を薄肉部とし、検出用凹溝の外側部分を厚肉部としたから、ダイヤフラム部に圧力が作用したときに、厚肉部に撓みが生じるのを防止しつつ、薄肉部を撓み変形させることができる。そして、薄肉部に設けた撓み検出素子によってダイヤフラム部に作用する圧力を正確に検出することができる。
さらに、受圧凹溝の底面は検出用凹溝よりも大きい面積をもつから、ダイヤフラム部の表面側に検出用凹溝を容易に凹設することができる。これにより、受圧凹溝と検出用凹溝との間に位置ずれが生じたときでも、検出用凹溝の内側部分に撓み変形部分となる薄肉部を形成することができる。
また、検出用凹溝を構成する辺を受圧凹溝の開口部を構成する平行四辺形の長尺な辺に平行に設けたから、シリコンの結晶方向に沿って基板の裏面から形成される受圧凹溝は、従来技術のように、基板の裏面をほぼ（１００）面に沿って形成したときの受圧凹溝の開口部に比べ、短尺な辺の分だけ小さくして形成することができる。これにより、１枚のシリコンウエハから製造される圧力センサの個数を、従来技術に比べて多くでき、歩留を向上することができる。
【００７１】
請求項２の発明では、受圧凹溝の開口部を平行四辺形とした場合、検出用凹溝よりも大きいダイヤフラム部を形成するための平行四辺形を、基板の厚さ寸法をａ、前記検出用凹溝の溝幅寸法をｂとしたとき、長尺な辺の長さ寸法ｃを、

とし、短尺な辺の長さ寸法ｄを、

として形成したことにある。
【００７２】
また、請求項３の発明では、受圧凹溝の開口部を平行四辺形に形成し、検出用凹溝を正方形に形成し、該検出用凹溝を構成する正方形の辺を前記受圧凹溝の開口部を構成する長尺な辺に平行に設けた場合、検出用凹溝よりも大きいダイヤフラム部を形成するための平行四辺形を、基板の厚さ寸法をａ、前記検出用凹溝の溝幅寸法をｂとしたとき、長尺な辺の長さ寸法ｃを、

とし、短尺な辺の長さ寸法ｄを、

として形成したことにある。
【００７３】
このように請求項２，３の発明では、従来技術のように、基板の裏面をほぼ（１００）面に沿って形成したときの受圧凹溝の開口部に比べて、短尺な辺の部分を小さくでき、１枚のシリコンウエハから製造される圧力センサの個数を増やし、歩留を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による圧力センサを示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態による圧力センサを下側からみた底面図である。
【図３】図２中の矢示III −III 方向からみた縦断面図である。
【図４】図２中の矢示IV−IV方向からみた縦断面図である。
【図５】図２中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた縦断面図である。
【図６】シリコンウエハ、露光マスクを示す斜視図である。
【図７】第２の実施の形態による圧力センサを下側からみた底面図である。
【図８】図７中の矢示VIII−VIII方向からみた縦断面図である。
【図９】図７中の矢示IX−IX方向からみた縦断面図である。
【図１０】従来技術による圧力センサを示す斜視図である。
【図１１】従来技術による圧力センサを示す縦断面図である。
【図１２】従来技術による圧力センサを下側からみた底面図である。
【図１３】図１２中の矢示XIII−XIII方向からみた縦断面図である。
【符号の説明】
１１，４１圧力センサ
１２，４２シリコン基板
１２Ｄ，３１Ａ，４２Ｄ裏面
１５，４５受圧凹溝
１５Ａ，４５Ａ開口部
１５Ｃ，４５Ｂ長尺な辺
１５Ｄ，４５Ｃ短尺な辺
１６，４６ダイヤフラム部
１７検出用凹溝
１７Ｂ凹面部
１８薄肉部
１９厚肉部
２０ピエゾ抵抗素子（撓み検出素子）
３１シリコンウエハ
３２露光マスク
３３露光パターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure sensor suitable for detecting pressure, and more particularly to a semiconductor pressure sensor formed on a silicon substrate or the like using a semiconductor manufacturing technique such as an etching process.
[0002]
[Prior art]
Generally, as a semiconductor type pressure sensor, a sensor formed by using a semiconductor manufacturing technique such as etching on a substrate made of a semiconductor material such as silicon is known from, for example, JP-A-2-132337.
[0003]
Therefore, a case where a diaphragm type pressure sensor according to the prior art is formed on a silicon substrate will be described with reference to FIGS.
[0004]
Reference numeral 1 denotes a pressure sensor used in the prior art, and reference numeral 2 denotes a silicon substrate serving as a base of the pressure sensor 1. The front surface 2A and the rear surface 2B of the silicon substrate 2 substantially coincide with the (100) plane of silicon. It is formed as follows.
[0005]
(3) A pressure receiving groove formed in a substantially square shape on the back surface 2B side of the silicon substrate 2, and a thin diaphragm portion 4 is formed on the front surface 2A side of the silicon substrate 2 by the pressure receiving groove 3. Further, a piezoresistive element 5 for detecting the bending generated in the diaphragm section 4 is provided on the diaphragm section 4, and

lead terminals

6 and 6 are connected to the piezoresistive element 5.
[0006]
When the pressure sensor 1 operates, when the fluid pressure or the like acts on the diaphragm portion 4, the diaphragm portion 4 is bent and deformed in its entirety in accordance with the pressure. At this time, since the piezoresistive element 5 is provided on the diaphragm portion 4 which is a flexure deformation portion, distortion occurs in the piezoresistive element 5. For this reason, the pressure applied to the diaphragm unit 4 is detected by detecting the resistance value of the piezoresistive element 5 based on the voltage and current between the lead terminals 6.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned prior art, as shown in FIGS. 12 and 13, the thickness dimension of the silicon substrate 2 is A, and the angle between the (111) plane and the (100) plane is (90 ° −α) (however, , Α ≒ 35.3 °), where B is the width of one side of the diaphragm 4, the length of one side of the opening 3 </ b> A of the pressure-receiving groove 3 required to form the diaphragm 4 having the width B. The dimension C is set by Equation 1 below.
[0008]
(Equation 1)
C> 2A × tan α + B
[0009]
As can be seen from Equation 1, the size of the opening 3A of the pressure receiving groove 3 is set by the thickness A of the silicon substrate 2 and the width B of the diaphragm 4, and the size of the opening 3A is large. Thus, the outer shape of the silicon substrate 2 (pressure sensor 1) is determined. For this reason, since the size of the silicon substrate 2 is set by the size of the opening 3A, the number of the pressure sensors 1 manufactured from one silicon wafer is determined, and the manufacturing cost is deteriorated. There is. Further, since the magnitude of the total pressure applied to the pressure sensor is proportional to the area of the opening 3A of the pressure receiving groove 3, it is necessary to reinforce the structure of the sensor according to the size of the opening 3A of the pressure receiving groove 3. However, this also caused the manufacturing cost to deteriorate.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can reduce manufacturing cost by making the opening of a pressure-receiving groove smaller than that of the related art. It is an object.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a pressure sensor according to the invention of claim 1 includes a substrate having a back surface formed substantially along the (110) plane of silicon and an opening portion formed of a parallelogram. A pressure receiving groove formed from the back side of the substrate, a diaphragm portion provided on the substrate by forming the pressure receiving groove on the substrate, and a concave portion formed on the front surface side of the substrate at the position of the diaphragm portion. A detecting groove, a bending detecting element provided in at least the detecting groove to detect a bending generated in the diaphragm portion, and the pressure receiving groove is, And the opening is formed in a parallelogram having a long side and a short side,Formed with a bottom surface having an area larger than the detection groove,A side constituting the detection groove is provided in parallel with a long side constituting an opening of the pressure receiving groove,The diaphragm portion is configured such that an inner portion of the detection groove is formed as a thin portion and an outer portion of the detection groove is formed as a thick portion, and the deflection detecting element is disposed in the thin portion.
[0012]
With such a configuration, only the inner portion of the detection groove in the diaphragm portion can be bent and deformed. When pressure is applied to the diaphragm portion, the inner portion of the detection groove is bent and deformed. Then, the deflection at this time can be detected by the deflection detecting element, and the pressure can be detected.
[0013]
In addition, the back surface of the substrate is formed substantially along the (110) plane of silicon, and the angle formed between the opening of the pressure receiving groove and, for example, the [100] axis included in the back surface of the substrate is 54.7 °. The pressure-receiving groove formed from the back surface of the substrate along the silicon crystal direction along the crystal direction of silicon makes the back surface of the substrate substantially along the (100) plane as in the prior art. It can be made smaller than the opening of the pressure receiving groove when formed.
In addition, since the diaphragm portion has a thin portion inside the concave groove for detection and a thick portion outside the concave groove for detection, when the pressure acts on the diaphragm portion, the thick portion bends. And the thin portion can be bent and deformed. Then, the pressure acting on the diaphragm can be accurately detected by the deflection detecting element provided in the thin portion.
Further, since the bottom surface of the pressure receiving groove has a larger area than the detection groove, the detection groove can be easily formed on the front surface side of the diaphragm portion. Thus, even when a positional shift occurs between the pressure receiving groove and the detection groove, a thin portion serving as a bending deformation portion can be formed inside the detection groove.
Further, since the opening of the pressure receiving groove is a parallelogram having a pair of sides having an angle of 54.7 ° with the [100] axis included in the back surface of the substrate, the opening is formed along the crystal direction of silicon. The pressure-receiving groove formed from the back surface of the substrate can be smaller than the opening of the pressure-receiving groove when the back surface of the substrate is formed substantially along the (100) plane, as in the prior art. .
[0020]
Claim2DepartureMing is,A back surface formed substantially along the (110) plane of silicon, a pressure receiving groove formed from the back surface of the substrate as an opening formed of a parallelogram, and a pressure receiving groove formed on the substrate. By forming a diaphragm portion provided on the substrate, a detection groove recessed on the surface side of the substrate at the position of the diaphragm portion, and a diaphragm provided at least in the detection groove. A deflection detecting element for detecting the generated deflection, wherein the pressure-receiving groove is formed with a bottom surface having an area larger than the detection groove, and the diaphragm portion has a thin portion inside the detection groove. Forming an outer portion of the groove for detection as a thick portion, disposing the deflection detecting element in the thin portion,When the opening of the pressure receiving groove is a parallelogram, the parallelogram for forming a diaphragm portion larger than the detection groove is:SaidWhen the thickness of the substrate is a and the groove width of the detection groove is b, the length c of the long side is

age,
The length dimension d of the short side is

It was formed as.
[0021]
Claim3DepartureMing is,A back surface formed substantially along the (110) plane of silicon, a pressure receiving groove formed from the back surface of the substrate as an opening formed of a parallelogram, and a pressure receiving groove formed on the substrate. By forming a diaphragm portion provided on the substrate, a detection groove recessed on the surface side of the substrate at the position of the diaphragm portion, and a diaphragm provided at least in the detection groove. A deflection detecting element for detecting the generated deflection, wherein the pressure-receiving groove is formed with a bottom surface having an area larger than the detection groove, and the diaphragm portion has a thin portion inside the detection groove. Forming an outer portion of the groove for detection as a thick portion, disposing the deflection detecting element in the thin portion,Form the opening of the pressure receiving groove in a parallelogram,SaidWhen the detection groove is formed in a square shape, and the square side forming the detection groove is provided in parallel with the long side forming the opening of the pressure receiving groove, the detection groove is larger than the detection groove. The parallelogram for forming the diaphragm isSaidWhen the thickness of the substrate is a and the groove width of the detection groove is b, the length c of the long side is

age,
The length dimension d of the short side is

It was formed as.
[0022]
With this configuration, the opening can be made smaller than the opening of the pressure-receiving groove when the back surface of the substrate is formed substantially along the (100) plane as in the related art.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the pressure sensor according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the embodiment, a crystal plane of silicon such as a (110) plane and a (-110) plane is referred to as a (110) plane, and is formed by anisotropic etching (111) and (-1- A crystal plane such as a 1-1) plane is typically referred to as a (111) plane.
[0024]
First, a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0025]
Reference numeral 11 denotes a pressure sensor used in the present embodiment. Reference numeral 12 denotes a silicon substrate serving as a base of the pressure sensor 11. The silicon substrate 12 has a base portion 12A made of silicon single crystal and a surface side of the base portion 12A. (Silicon on Insulator) substrate having a surface layer portion 12B made of another silicon single crystal formed on the substrate and an insulating layer portion 12C as an oxide film interposed between the surface layer portion 12B and the base portion 12A. It is configured as
[0026]
The surface portion 12B becomes an n-type semiconductor by adding impurities such as phosphorus. A silicon oxide film 13 and a nitride film 14 are provided on the back surface 12D side of the base portion 12A. Further, the back surface 12D of the silicon substrate 12 is formed substantially along the (110) plane of silicon.
[0027]
Reference numeral 15 denotes a pressure-receiving groove located at the center of the base portion 12A and recessed on the back surface 12D side. The pressure-receiving groove 15 is formed by opening the silicon oxide film 13 and the nitride film 14 on the back surface 12D side of the base portion 12A. By performing anisotropic etching or the like via the

portions

13A and 14A, the insulating layer portion 12C is reached from the back surface 12D. The opening 15A of the pressure receiving groove 15 is formed as a single parallelogram formed by the intersection of the (110) plane and the (111) plane.
[0028]
The thickness dimension of the base portion 12A of the silicon substrate 12 is a, and the angle between the side wall 15B and the bottom surface 12D, that is, the angle between the (111) plane and the (110) plane is (90 ° −α ′) (provided that , Α '≒ 54.7 °).
[0029]
Further, the opening 15A of the pressure receiving groove 15 has a long side 15C and a short side 15D, and the long side 15C forms an angle α ′ in, for example, the [001] axis direction as a silicon crystal direction. The short side 15D extends at an angle -α 'in the [001] axis direction.
[0030]
Further, the two side walls 15B are formed in a substantially square shape between the long side 15C and the short side 15D. The acute angle β located between the long side 15C and the short side 15D is about 70.6 °, and the obtuse angle γ is about 109.4 °.
[0031]
Reference numeral 16 denotes a diaphragm portion provided on the silicon substrate 12 by the pressure receiving groove 15, and the diaphragm portion 16 is located at the bottom of the pressure receiving groove 15, as shown in FIG. Has a rectangular shape with parallel sides. The diaphragm portion 16 forms a thin portion 18 inside a detection groove 17 to be described later, and forms a thick portion 19 outside the detection groove 17. The diaphragm portion 16 is provided at the intersection of two diagonal lines of the pressure receiving groove 15.
[0032]
Reference numeral 17 denotes a detection groove formed on the surface of the surface layer portion 12B so as to face the pressure receiving groove 15, and the detection groove 17 is formed in a shallow groove shape. A concave portion 17A is formed on the concave groove 17 for detection by an insulating film 22 and a protective film 24 described later. The concave groove 17 for detection has substantially the same shape as the concave portion 17A, has an area smaller than the area of the diaphragm portion 16, and has a square concave surface portion 17B having a groove width dimension of one side b. (See FIG. 2).
[0033]
Reference numeral 18 denotes a thin portion formed in the surface layer portion 12B and the insulating layer portion 12C at the position of the detection groove 17, and the thin portion 18 bends and deforms according to the pressure when the pressure is applied to the diaphragm portion 16. Is what you do.
[0034]
Reference numeral 19 denotes a thick portion formed outside the concave groove 17 for detection, and the thick portion 19 surrounds the outside of the thin portion 18 and forms a substantially rectangular frame shape. It is formed on the insulating layer portion 12C.
[0035]

Reference numerals

20, 20,... Denote, for example, four piezoresistive elements (only two piezoresistors are provided) provided in the detection groove 17. Each of the piezoresistive elements 20 is formed by adding impurities such as boron to the surface layer of the silicon substrate 12. By injecting and diffusing into 12B and making a part thereof piezoresistive in a substantially rectangular shape, it is configured as a deflection detecting element.
[0036]
Are diffusion layer wirings provided on the

silicon substrate

12, 22 is an insulating film formed above the piezoresistive element 20 and the

diffusion layer wiring

21, and 23 is an insulating film 22 on the silicon substrate 12. Is a metal wiring provided in the semiconductor device. Reference numeral 24 denotes an insulating protective film for protecting the metal wiring 23. The protective film 24 is provided on the entire surface of the silicon substrate 12 on the front side.
[0037]
Reference numeral 25 denotes a closing plate for closing the detection groove 17. The closing plate 25 is fixed to the surface side of the thick portion 19 via the insulating film 22 and the protective film 24 by using an anodic bonding method or the like. Have been. The closing plate 25 forms a reference pressure chamber S between the closing plate 25 and the recess 17A.
[0038]
The pressure sensor 11 according to the present invention has the above-described configuration. By forming the pressure receiving groove 15 from the back surface 12D on the base 12A of the silicon substrate 12, the diaphragm 16 is formed on the insulating layer 12C. Since the detection groove 17 is formed in the surface layer portion 12B, and the inside portion of the detection groove 17 is formed as the thin portion 18 in the diaphragm portion 16, when the pressure is applied to the diaphragm portion 16, the thick portion is formed. The thin portion 18 can be flexibly deformed while preventing the flexure 19 from being flexed. Then, the pressure acting on the diaphragm 16 can be accurately detected by each piezoresistive element 20 provided in the thin portion 18.
[0039]
Further, since the diaphragm portion 16 formed by the pressure receiving groove 15 has an area larger than the area of the concave surface portion 17B of the detection groove 17, the detection groove 17 is easily recessed on the surface side of the diaphragm portion 16. Can be set up. Thus, even when a positional shift occurs between the pressure receiving groove 15 and the detection groove 17, the thin portion 18 serving as a bending deformation portion can be formed inside the detection groove 17.
[0040]
Next, the shape of the opening 15A of the pressure receiving groove 15 will be described. 2 to 5, the surface layer portion 12B of the silicon substrate 12 is omitted.
[0041]
The opening 15A of the pressure-receiving groove 15 required to form the concave surface portion 17B (the detecting groove 17) having the groove width dimension b on one side is as shown in the following Expression 2.
[0042]
Since the back surface 12D of the silicon substrate 12 is formed substantially along the (110) plane of silicon, as shown in FIG. 2, the shape of the opening 15A of the pressure receiving groove 15 is determined from the crystal direction of silicon. The acute angle β located between the long side and the short side is about 70.6 °, and the obtuse angle γ is about 109.4 °. Further, the length of the long side 15C of the opening 15A is c1 and the length of the short side 15D is d1.
[0043]
(Equation 2)

[0044]
As is apparent from Equation 2, since the angles α ', β, and γ are fixed values set by the silicon crystal, the length c1 of the long side and the length d1 of the short side are set. Is set only by the thickness dimension a of the base part 12A and the groove width dimension b of the concave part 17B (detection concave groove 17). In the present embodiment, the opening 15A of the pressure receiving groove 15 has a long side 15C and a short side 15D extending at an angle α ′ with the length direction of the silicon substrate 12.
[0045]
Next, a configuration for forming the pressure receiving groove 15 from the back surface of the silicon wafer will be described with reference to FIG.
[0046]
First, reference numeral 31 denotes a silicon wafer for forming a plurality of pressure sensors, and a concave groove 17 for detection, not shown, a piezoresistive element 20, wirings 21, 23, an insulating film 22, a protective film, 24 and the like are formed. The back surface 31A of the silicon wafer 31 is formed substantially along the (110) plane.
[0047]
Reference numeral 32 denotes an exposure mask for forming the pressure receiving groove 15 on the back surface 31A of the silicon wafer 31. The exposure mask 32 includes a plurality of

areas

32A, 32A, , And a parallelogram exposure pattern 33 corresponding to the pressure-receiving groove is formed in each area 32A.
[0048]
Then, after an oxide film or the like is formed on the back surface 31A, a photosensitive resist (neither is shown) or the like is applied, and the resist is exposed through the exposure pattern 33 of the exposure mask 32, thereby exposing these exposure patterns. 33 is transferred to a resist. Further, by performing an etching process on the oxide film, an opening of the oxide film corresponding to the pressure receiving groove 15 is formed on the back surface 31 </ b> A of the silicon wafer 31.
[0049]
Next, an anisotropic etching process is performed on the back surface 31A side of the silicon wafer 31 using an oxide film as a mask by using an etching solution such as KOH or hydrazine, and the opening 15A is a parallelogram and the bottom is a diaphragm. The pressure receiving groove 15 which is 16 is formed. Then, each pressure sensor is separated from the silicon wafer 31 at a two-dot chain line portion, and a plurality of pressure sensors are manufactured.
[0050]
Thus, in the present embodiment, the rear surface 12D of the silicon substrate 12 is formed substantially along the (110) plane of silicon, and the opening 15A of the pressure receiving groove 15 is formed by the long side 15C and the short side 15D. Are formed in a parallelogram having Thus, while securing the groove width dimension b of the concave surface portion 17B serving as the pressure detecting portion, the minimum value of the length dimension d1 of the short side 15D is determined by the length of the opening 3A of the pressure receiving concave groove 3 according to the prior art. Smaller than the height C.
[0051]
As a result, by shortening the length dimension d1 of the short side 15D of the opening 15A as compared with the conventional technique, the width direction of the silicon substrate 12 can be reduced, and the pressure sensor 11 manufactured from one silicon wafer 31 can be reduced. Can be increased compared to the prior art, and the yield can be improved.
[0052]
In the present embodiment, the cost of the pressure sensor 11 can be reduced. Further, since the pressure receiving area and the pressure receiving area can be reduced, the total pressure applied to the pressure sensor 11 is reduced, and when a material having the same bonding strength, a bonding technique, or the like is used, the bonding area is reduced. Becomes possible. Therefore, the number of pressure sensors 11 manufactured from one silicon wafer 31 can be increased as compared with the related art.
[0053]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 10. The feature of the present embodiment is that a square side constituting a detection groove is formed by the pressure receiving groove. Are provided in parallel with the long sides constituting the opening. Note that, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the detection groove 17, the piezoresistive element 20, the

wirings

21, 23, the insulating film 22, the protective film 24, and the like are provided on the surface side of the silicon substrate. It shall be formed.
[0054]
Reference numeral 41 denotes a pressure sensor used in the present embodiment. The pressure sensor 41 is constituted by a silicon substrate 42 or the like. The silicon substrate 42 has a base portion 42A, a surface layer portion 42B, and an insulating layer portion almost in the same manner as the silicon substrate 12 including the base portion 12A, the surface layer portion 12B, and the insulating layer portion 12C according to the above-described first embodiment. It is configured as an SOI substrate provided with 42C. The rear surface 42D of the silicon substrate 42 is formed substantially along the (110) plane of silicon. Further, an oxide film 43 and a nitride film 44 are provided on the back surface 42D side of the base portion 42A, and

openings

43A and 44A of the oxide film 43 and the nitride film 44 are the same as openings 45A of the pressure receiving groove 35 described later. It is formed in a shape.
[0055]
Reference numeral 45 denotes a pressure-receiving groove located at the center and recessed on the rear surface 42D side. The pressure-receiving groove 35 is subjected to anisotropic etching or the like through the oxide film 43 and the

openings

43A and 44A of the nitride film 44. This reaches the insulating layer portion 42C from the back surface 42D. The opening 45A of the pressure receiving groove 35 is a parallelogram. The parallelogram has an opening having a long side 45B and a short side 45C, and an acute angle β located at an end of the long side 45B is about 70.6 °, and an obtuse angle. is about 109.4 °, and the angle between the (111) plane and the (110) plane of silicon is (90 ° −α ′) (where α ′ ≒ 54.7 °).
[0056]
Reference numeral 46 denotes a diaphragm provided on the silicon substrate 42 by the pressure receiving groove 35. As shown in FIG. 7, the diaphragm 46 is located at the bottom of the pressure receiving groove 35 and has a square shape.The diaphragm portion 46 has a thin portion 18 inside the detecting groove 17 and a thick portion 19 outside the detecting groove 17.The diaphragm 46 is provided at an intermediate position of the length of the parallelogram on the long side 45B. Here, the shape of the opening 45A of the pressure receiving groove 35 will be described. Since the back surface 42D of the silicon substrate 42 is formed substantially along the (110) plane of silicon, the shape of the opening 45A of the pressure receiving groove 35 is formed as a parallelogram as shown in FIG. .
[0057]
Further, an opening 45A of the pressure receiving groove 35 necessary for forming the concave portion 17A (the detecting groove 17) having the groove width dimension b of one side is set by the following equation (3).
[0058]
Since the back surface 42D of the silicon substrate 42 is formed substantially along the (110) plane of silicon, the acute angle β sandwiched between the long side 45B and the short side 45A as shown in FIG. It is about 70.6 °, and the obtuse angle γ is about 109.4 °. Further, the length of the long side 45B of the opening 45A is c2, and the length of the short side 45C is d2.
[0059]
(Equation 3)

[0060]
As is apparent from Equation 3, the length d2 of the side between the acute angle β and the obtuse angle γ is determined by the thickness a of the silicon substrate 42 and the groove width b of the concave surface portion 17B (detection groove 17). Only the opening 45A of the pressure receiving groove 35 has a long side 45B extending in the length direction of the silicon substrate 42.
[0061]
Further, in the step of forming the pressure receiving groove 35 on the back surface of the silicon wafer (silicon substrate 42), the shape of the exposure pattern formed on the exposure mask is set to the above-described parallelogram, so that it is the same as in the first embodiment. The pressure receiving groove 35 is formed in the silicon substrate 42.
[0062]
Thus, in the present embodiment, the back surface 42D of the silicon substrate 42 is formed substantially along the (110) plane of silicon, and the long side 45B of the parallelogram forming the opening 45A of the pressure receiving groove 35. And a part of the side constituting the square detecting groove 17 is formed in parallel. As a result, while securing the groove width dimension b of the detection groove 17 serving as a pressure detection part, the length dimension d2 of the short side 45C extending in the width direction of the silicon substrate 42 is set to the pressure receiving groove according to the prior art. 3 can be made smaller than the length C of the opening 3A (see Equation 3).
[0063]
As a result, the width of the silicon substrate 42 can be made smaller than that of the first embodiment by making the length d2 of the side of the opening 45A smaller, so that the pressure sensor manufactured from one silicon wafer can be manufactured. And the cost of the pressure sensor can be reduced.
[0064]
In each of the embodiments, a case where an SOI substrate is used as a substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a silicon substrate having a (110) plane on the back surface may be used.
[0065]
Further, a silicon substrate having a (100) surface or a (111) surface may be used as a surface layer portion of the SOI substrate where the deflection detection prevention is formed.
[0066]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, since the substrate is provided with the pressure-receiving groove from the back side and the detection groove from the front side, the substrate is bent and deformed when pressure is applied to the diaphragm. The flexible deformation portion can be easily formed on the substrate. Then, the pressure acting on the diaphragm can be accurately detected by the flexure detecting element provided in the flexural deformation portion.
[0067]
In addition, the back surface of the substrate is formed substantially along the (110) plane of silicon, and the angle formed between the opening of the pressure receiving groove and, for example, the [100] axis included in the back surface of the substrate is 54.7 °. The pressure-receiving groove formed from the back surface of the substrate along the silicon crystal direction along the crystal direction of silicon makes the back surface of the substrate substantially along the (100) plane as in the prior art. It can be formed smaller than the opening of the pressure receiving groove when formed by the shorter side. Further, the number of pressure sensors manufactured from one silicon wafer can be increased as compared with the related art, and the yield can be improved.
In addition, since the diaphragm portion has a thin portion inside the concave groove for detection and a thick portion outside the concave groove for detection, when the pressure acts on the diaphragm portion, the thick portion bends. And the thin portion can be bent and deformed. Then, the pressure acting on the diaphragm can be accurately detected by the deflection detecting element provided in the thin portion.
Further, since the bottom surface of the pressure receiving groove has a larger area than the detection groove, the detection groove can be easily formed on the front surface side of the diaphragm portion. Thus, even when a positional shift occurs between the pressure receiving groove and the detection groove, a thin portion serving as a bending deformation portion can be formed inside the detection groove.
Further, since the sides forming the detecting groove are provided in parallel with the long sides of the parallelogram forming the opening of the pressure receiving groove, the pressure receiving groove formed from the back surface of the substrate along the silicon crystal direction. The groove can be formed smaller by the shorter side than the opening of the pressure receiving groove when the back surface of the substrate is formed substantially along the (100) plane, as in the prior art. As a result, the number of pressure sensors manufactured from one silicon wafer can be increased as compared with the related art, and the yield can be improved.
[0071]
Claim2In the invention, when the opening of the pressure receiving groove is a parallelogram, the thickness of the substrate is defined as a parallelogram for forming a diaphragm portion larger than the detection groove, and the detection groove is used. When the groove width dimension of b is b, the length dimension c of the long side is

And the length dimension d of the short side is

It was formed as.
[0072]
Claims3In the invention, the opening of the pressure-receiving groove is formed in a parallelogram, the detection groove is formed in a square, and the sides of the square forming the detection groove constitute the opening of the pressure-receiving groove. When provided in parallel with the long side, a parallelogram for forming a diaphragm portion larger than the detection groove is a thickness of the substrate is a, and a groove width of the detection groove is b. Then, the length dimension c of the long side is

And the length dimension d of the short side is

It was formed as.
[0073]
Claims in this way2,3According to the invention of the related art, the short side portion can be made smaller than the opening of the pressure receiving groove when the back surface of the substrate is formed substantially along the (100) plane, as in the prior art. Can increase the number of pressure sensors manufactured from, and improve the yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a pressure sensor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a bottom view of the pressure sensor according to the first embodiment as viewed from below.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view as seen from a direction indicated by arrows III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a longitudinal sectional view as seen from the direction of arrows IV-IV in FIG. 2;
FIG. 5 is an arrow in FIG.ShowIt is the longitudinal cross-sectional view seen from the VV direction.
FIG. 6 is a perspective view showing a silicon wafer and an exposure mask.
FIG. 7 is a bottom view of the pressure sensor according to the second embodiment as viewed from below.
8 is a longitudinal sectional view as seen from the direction of arrows VIII-VIII in FIG. 7;
FIG. 9 is a longitudinal sectional view as seen from the direction of arrows IX-IX in FIG. 7;
FIG. 10 is a perspective view showing a conventional pressure sensor.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a conventional pressure sensor.
FIG. 12 is a bottom view of a conventional pressure sensor viewed from below.
FIG. 13 shows arrows XIII-XIII in FIG.directionIt is the longitudinal cross-sectional view seen from.
[Explanation of symbols]
11,41 Pressure sensor
12,42 silicon substrate
12D, 31A, 42D back
15,45 Pressure receiving groove
15A, 45A opening
15C, 45B Long side
15D, 45C Short side
16,46 Diaphragm part
17 Groove for detection
17B concave surface
18 Thin part
19 Thick part
20 Piezoresistive element (bending detection element)
31 Silicon wafer
32 Exposure mask
33 Exposure pattern

Claims

A back surface formed substantially along the (110) plane of silicon, a pressure receiving groove formed from the back surface of the substrate as an opening formed of a parallelogram, and a pressure receiving groove formed on the substrate. By forming a diaphragm portion provided on the substrate, a detection groove recessed on the surface side of the substrate at the position of the diaphragm portion, and a diaphragm provided at least in the detection groove. A deflection detection element for detecting the generated deflection,
The pressure-receiving groove , while its opening is formed into a parallelogram having a long side and a short side, and formed with a bottom surface having an area larger than the detection groove ,
A side constituting the detection groove is provided in parallel with a long side constituting an opening of the pressure receiving groove,
The prior Symbol diaphragm inner portion of the detection groove with a thin portion, to form an outer portion of the detection groove as thick portions,
A pressure sensor comprising a structure before Symbol deflection detecting elements disposed in the thin portion.

A back surface formed substantially along the (110) plane of silicon, a pressure receiving groove formed from the back surface of the substrate as an opening formed of a parallelogram, and a pressure receiving groove formed on the substrate. By forming a diaphragm portion provided on the substrate, a detection groove recessed on the surface side of the substrate at the position of the diaphragm portion, and a diaphragm provided at least in the detection groove. A deflection detection element for detecting the generated deflection,
The pressure-receiving groove is formed with a bottom surface having an area larger than the detection groove, and the diaphragm portion has a thin portion inside the detection groove and a thick portion outside the detection groove. Formed as a part, the deflection detecting element is arranged in the thin part,
When the opening of the pressure-receiving groove is a parallelogram, a parallelogram for forming a diaphragm portion larger than the detection groove has a thickness a of the substrate, a groove of the detection groove. When the width dimension is b, the length dimension c of the long side is

age,
The length dimension d of the short side is

Pressure sensors ing to the structure formed as.

A back surface formed substantially along the (110) plane of silicon, a pressure receiving groove formed from the back surface of the substrate as an opening formed of a parallelogram, and a pressure receiving groove formed on the substrate. By forming a diaphragm portion provided on the substrate, a detection groove recessed on the surface side of the substrate at the position of the diaphragm portion, and a diaphragm provided at least in the detection groove. A deflection detection element for detecting the generated deflection,
The pressure-receiving groove is formed with a bottom surface having an area larger than the detection groove, and the diaphragm portion has a thin portion inside the detection groove and a thick portion outside the detection groove. Formed as a part, the deflection detecting element is arranged in the thin part,
The opening of the pressure-receiving groove is formed in a parallelogram, the detection groove is formed in a square, and the sides of the square forming the detection groove are elongated to form the opening of the pressure-receiving groove. When provided in parallel to the sides, a parallelogram for forming a diaphragm portion larger than the detection groove has a thickness of the substrate a, and a groove width of the detection groove b. When the length c of the long side is

age,
The length dimension d of the short side is

Pressure sensors ing to the structure formed as.