JP3552963B2 - 圧力センサ - Google Patents
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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、シリコン材料からなる基板と、該基板の裏面側に受圧凹溝を形成することにより該基板の表面側に設けられたダイヤフラムと、該ダイヤフラムに設けられ受圧凹溝に作用する圧力を検出する撓み検出素子とから構成されたものが知られている（例えば、特開平２−１３２３３７号公報）。
【０００３】
そして、このような従来技術による圧力センサは、流体圧等がダイヤフラムに作用すると、この圧力に応じてダイヤフラムが全体に亘って撓み変形する。このとき、撓み検出素子は撓み変形部分となるダイヤフラムに設けられているから、撓み検出素子はダイヤフラムの歪に応じた信号を出力する。このため、圧力センサは、撓み検出素子からの信号を検出することによって、ダイヤフラムに加わる圧力を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、例えば両面露光装置等を用いて基板の両面側に撓み検出素子と受圧凹溝とを位置合わせした状態で形成することにより、撓み検出素子をダイヤフラム上の所定位置に配設する構成としている。
【０００５】
しかし、一般的に両面露光装置を用いた場合の位置合わせ精度は約１０μｍ程度が限界であることが多いため、撓み検出素子とダイヤフラムとの間には、約１０μｍ程度の位置ずれが生じることがある。
【０００６】
また、基板は、その両面が例えばシリコン結晶の（１００）面に沿ってカットされ、受圧凹溝は、この（１００）面に対し一定の傾斜角をもつ（１１１）面等に沿って形成されることにより、基板の裏面側に向けて漸次拡大しつつ開口している。
【０００７】
この結果、基板がカット時の加工誤差等により（１００）面に対して傾いた状態で形成されていたり、その厚さ寸法誤差が含まれていたりすると、基板の裏面側に受圧凹溝の開口部（マスクパターン）を精度よく形成したとしても、受圧凹溝の底部側に位置するダイヤフラムには位置ずれが生じ易くなる。
【０００８】
このため、従来技術では、基板の加工精度や両面露光装置による位置合わせ時の誤差等が積み重なることによって、撓み検出素子がダイヤフラム上に位置ずれした状態で形成され易いため、複数の圧力センサ間で撓み検出素子から出力される信号が異なり、圧力の検出精度にばらつきが生じて信頼性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は高精度に圧力を検出できると共に、ダイヤフラム部に撓み検出素子を高精度に位置合せすることが可能な圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、請求項１の発明に係る圧力センサの構成は、シリコン材料からなる基板と、該基板の表面側に設けられた受圧穴と、該受圧穴を覆い前記基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を枠状に取囲んで該薄肉部の表面側に設けられ取囲まれた内側をダイヤフラム部とする枠状突部と、該枠状突部上に接合して設けられ前記ダイヤフラム部を閉塞して基準圧力を与える圧力室を画成する閉塞板と、前記ダイヤフラム部に位置して前記薄肉部に設けられ前記受圧穴と圧力室との間の差圧によって前記ダイヤフラム部が変形するときの撓みを検出する撓み検出素子と、前記枠状突部の外側に位置して前記薄肉部に貫通して設けられ前記受圧穴と外部とを接続するスルーホールとからなる。
【００１１】
このように構成したことにより、ダイヤフラム部は受圧穴と圧力室との間の差圧によって撓み変形するから、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。
【００１２】
また、スルーホールを通じてエッチング処理を施すことによって、基板の表面側に受圧穴を形成することができる。このため、両面露光装置等を用いることなく、基板の表面側でダイヤフラム部に撓み検出素子を位置合わせすることできる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、受圧穴に露出する薄肉部の裏面側に酸化膜を設けたことにある。
【００１４】
これにより、受圧穴を形成するためにスルーホールを通じてエッチング処理を施すときであっても、薄肉部の裏面側を酸化膜によって保護することができ、薄肉部が損傷するのを防止できると共に、薄肉部の肉厚を一定に保持することができる。
【００１５】
また、請求項３の発明は、受圧穴を、異方性エッチングによって形成され基板の裏面側に向けて漸次縮小したテーパ状穴によって構成したことにある。
【００１６】
これにより、基板中で受圧穴が占める面積を薄肉部によって覆われた面積にすることができ、小面積の受圧穴によって圧力センサを構成することができる。
【００１７】
この場合、請求項４の発明によれば、受圧穴を、等方性エッチングによって形成された箱状穴によって構成することもできる。
【００１８】
また、請求項５の発明は、受圧穴には、前記基板の裏面側に開口する開口部を設けたことにある。
【００１９】
これにより、開口部を通じて受圧穴に圧力を作用させることができ、基板の裏面側に作用する圧力を検出することができる。
【００２０】
また、請求項６の発明は、基板の裏面側には、スルーホールを受圧穴に位置合わせするための位置合わせ部を設けたことにある。
【００２１】
これにより、基板の表面側から受圧穴の位置が特定しにくいときであっても、基板の裏面側に設けた位置合わせ部によって受圧穴とスルーホールとを位置合わせすることができる。
【００２２】
さらに、請求項７の発明は、基板を２つのシリコン基板間に酸化膜を介在させたＳＯＩ基板によって形成したことにある。これにより、受圧穴および薄肉部の形成を容易に行なうことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による圧力センサを添付図面に従って詳細に説明する。まず、図１ないし図７は第１の実施の形態による圧力センサを示している。
【００２４】
図において、１はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなる四角形状の基板で、該基板１は、シリコン単結晶からなる基底部１Ａと、該基底部１Ａの表面側に形成された表層部１Ｂと、該表層部１Ｂと基底部１Ａとの間に介在した酸化膜としての絶縁層部１Ｃとから構成されている。そして、基底部１Ａの裏面側には、略四角形の浅溝からなる位置合わせ部としての凹陥溝２が設けられると共に、表層部１Ｂの表面側には、酸化膜３が形成されている。
【００２５】
４は基板１の表面側に設けられた受圧穴で、該受圧穴４は、凹陥溝２に対向した位置で基底部１Ａの中央に設けられている。そして、受圧穴４は、絶縁層部１Ｃの裏面側に略四角形状に開口すると共に、基板１の裏面側に向かって漸次縮小したテーパ状穴をなしている。また、受圧穴４は、後述するスルーホール１１を介して異方性のエッチング処理を施すことによって形成されるものである。
【００２６】
５は受圧穴４によって基板１の表面側に設けられた薄肉部で、該薄肉部５は受圧穴４に対応して略四角形状をなし、基板１の表層部１Ｂ、絶縁層部１Ｃ等によって形成されている。
【００２７】
６は薄肉部５の表面側に設けられた枠状突部で、該枠状突部６は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等によって略四角形の枠状に形成され、その表面側には多結晶シリコンからなる多結晶膜７が形成されている。また、枠状突部６は、薄肉部５の一部を枠状に取囲んでいる。これにより、薄肉部５のうち枠状突起６に取囲まれた内側の部位は、受圧穴４内の圧力と後述する圧力室Ａ内の圧力との差圧に応じて撓み変形するダイヤフラム部５Ａをなしている。
【００２８】
８，８，…はダイヤフラム部５Ａ内に設けられた例えば４個のピエゾ抵抗素子で、該各ピエゾ抵抗素子８は、ホウ素等の不純物を基板１の表層部１Ｂに注入、拡散して狭幅の細線状にピエゾ抵抗化することによって形成されている。また、各ピエゾ抵抗素子８には、図２に示すように広幅の拡散層配線９が接続され、これらの拡散層配線９を通じてピエゾ抵抗素子８は外部の金属配線（図示せず）等に接続されている。そして、ピエゾ抵抗素子８は、ダイヤフラム部５Ａの撓み変形に応じてその抵抗値が変化するものである。
【００２９】
１０は枠状突部６の表面側に設けられたガラス材料からなる閉塞板で、該閉塞板１０は、図１に示すように枠状突部６表面上の多結晶膜７に陽極接合等によって接合されている。そして、閉塞板１０は、ダイヤフラム部５Ａを閉塞して基準圧力を与える圧力室Ａを画成している。
【００３０】
１１，１１，…は薄肉部５の角隅に設けられた４個のスルーホールで、該各スルーホール１１は、枠状突部６の外側に位置して薄肉部５を貫通して設けられている。このため、各スルーホール１１は、基板１の表面側に開口し、受圧穴４と外部とを接続している。また、各スルーホール１１の内壁面には、酸化シリコンからなる保護膜１２が設けられている。そして、保護膜１２は、受圧穴４を形成するためにスルーホール１１を通じてエッチング液を注入するときに、エッチング液によって表層部１Ｂ等が損傷するのを防止するものである。
【００３１】
本実施の形態による圧力センサは上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図４ないし図７を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、基底部１Ａの表面側に多結晶シリコンの薄膜からなる略四角形の選択性エッチング部１３を形成する。このとき、基底部１Ａの裏面側には、図４に示すように選択性エッチング部１３と対向した位置に凹陥溝２を凹設する。
【００３３】
次に、図５に示すように、選択性エッチング部１３の表面側に絶縁層部１Ｃ、表層部１Ｂを形成し、選択性エッチング部１３を埋設した状態のＳＯＩ基板からなる基板１を形成する。そして、基板１の表層部１Ｂ上には酸化膜３を形成する。
【００３４】
このとき、選択性エッチング部１３は基板１に埋設された状態となるから、その位置が基板１の表面側から特定することができなくなる。このため、以下の工程では、選択性エッチング部１３に対応して基板１の裏面側に設けた凹陥溝２を用いて、選択性エッチング部１３とピエゾ抵抗素子８の位置合わせを行った後、このピエゾ抵抗素子８に対して枠状突部６、スルーホール１１を位置合わせするものである。
【００３５】
そこで、まず凹陥溝２を基準として表層部１Ｂの表面側からホウ素等の不純物を注入、拡散することによってピエゾ抵抗素子８を形成する。その後、図６に示すように表層部１Ｂの表面側に枠状突部６、多結晶膜７の順に形成する。
【００３６】
次に、多結晶膜７、酸化膜３、表層部１Ｂ、絶縁層部１Ｃにエッチング処理を施すことによって、スルーホール１１を形成し、スルーホール１１の底部を選択性エッチング部１３の角隅に開口させる。このとき、スルーホール１１と選択性エッチング部１３との位置合わせは、凹陥溝２を用いて形成したピエゾ抵抗素子８を基準に行うから、位置合わせ精度が比較的低く、スルーホール１１には１０μｍ程度の位置ずれが生じることがある。しかし、スルーホール１１は、選択性エッチング部１３のいずれかの位置に開口すればよいものである。このため、スルーホール１１は、このような位置ずれを補償するため、その開口寸法が例えば１０μｍ以上に設定されている。なお、選択性エッチング部１３を１０μｍ程度拡大しても同等の効果が得られるものである。そして、図７に示すように多結晶膜７の表面側からスルーホール１１の内壁面に亘って酸化シリコンからなる保護膜１２を形成する。
【００３７】
次に、スルーホール１１からＫＯＨ、ヒドラジン等のエッチング液を注入する。このとき、エッチング液が選択性エッチング部１３に到達するから、多結晶シリコンからなる選択性エッチング部１３は、エッチング液によって除去される。そして、選択性エッチング部１３が除去された後は、単結晶シリコンからなる基底部１Ａにエッチング液が接触するから、エッチング液によって異方性のエッチング処理が施されシリコン結晶の（１１１）面を有する略四角錐状の受圧穴４が形成される。
【００３８】
最後に、多結晶膜７表面の保護膜１２を除去すると共に、枠状突部６の表面側がガラス材料からなる閉塞板１０を陽極接合し、図１に示すように圧力室Ａを画成する。
【００３９】
本実施の形態による圧力センサは、上述のような製造方法によって形成されたものであり、この圧力センサを所定圧力の雰囲気中におくと、スルーホール１１を通じて受圧穴４内の圧力も圧力センサ周囲の圧力と同圧となるから、受圧穴４と圧力室Ａとの間に差圧が発生する。この差圧によって薄肉部５のうちダイヤフラム５Ａが撓み変形するから、ピエゾ抵抗素子８の抵抗値がダイヤフラム部５Ａに生じる撓み（歪み）に応じて変化する。このため、拡散層配線９を通じてピエゾ抵抗素子８の抵抗値を検出することによって、圧力センサ周囲の圧力を検出するものである。
【００４０】
かくして、本実施の形態では、基板１の表面側に受圧穴４を設けると共に、該受圧穴４を覆う薄肉部５には枠状突部６の外側に位置して受圧穴４と外部とを接続するスルーホール１１を設ける構成としたから、スルーホール１１を通じて受圧穴４内に検出すべき圧力の流体を導くことができる。これにより、薄肉部５のうち枠状突部６の内側に位置するダイヤフラム部５Ａは、受圧穴４と圧力室Ａとの差圧によって撓み変形するから、ダイヤフラム部５Ａに設けたピエゾ抵抗素子８によって圧力センサ周囲の圧力を検出することができる。
【００４１】
また、基板１の表面側から枠状突部６、ピエゾ抵抗素子８を形成するから、枠状突部６の内側に位置するダイヤフラム部５Ａとピエゾ抵抗素子８の位置決めを高精度で行うことができ、圧力センサ毎のばらつきを少なくし、信頼性を向上することができる。
【００４２】
さらに、ダイヤフラム部５Ａとピエゾ抵抗素子８の位置合わせを高精度に行うことができるから、ダイヤフラム部５Ａを微細化してもピエゾ抵抗素子８との位置ずれによる測定精度の劣化が問題とならない。このため、ダイヤフラム部５Ａ、ピエゾ抵抗素子８を小面積にすることができ、圧力センサを小型化することができる。
【００４３】
また、受圧穴４に露出する薄肉部５の裏面側にはシリコン酸化膜からなる絶縁層部１Ｃを設けたから、スルーホール１１を通じてエッチング処理を施すときであっても、薄肉部５の裏面側を絶縁層部１Ｃによって保護することができ、薄肉部５が損傷するのを防止できる。これにより、薄肉部５の肉厚を一定に保持することができ、薄肉部５の一部に応力が集中することによる損傷を防止し、信頼性、耐久性を向上することができる。
【００４４】
一方、受圧穴４を異方性エッチングによって形成され基板の裏面側に向けて漸次縮小したテーパ状穴によって構成したから、従来技術のように基板１の裏面側に向かって漸次拡大した受圧凹溝を形成するときに比べて、エッチング処理によって除去する部分の体積を少なくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。また、受圧穴４は、薄肉部５によって覆われた部位の面積が最も大きいものである。このため、従来技術のように基板１の裏面側に向けて漸次拡大する受圧凹溝を形成するのに比べて、基板１で受圧穴４の占める面積を小さくすることができ、圧力センサの微細化、集積化を図ることができる。
【００４５】
また、基板１の裏面側には、スルーホール１１を受圧穴４に位置合わせするための凹陥溝２を設けたから、圧力センサの製造時に基板１の表面側から受圧穴４の位置が特定しにくいときであっても、基板１の裏面側に設けた凹陥溝２によって受圧穴４とスルーホール１１とを位置合わせすることができる。
【００４６】
さらに、基板１を２つのシリコン単結晶からなる基底部１Ａ、表層部１Ｂ間に酸化膜からなる絶縁層部１Ｃを介在させたＳＯＩ基板によって形成したから、絶縁層部１Ｃをエッチング液から薄肉部５を保護する酸化膜として利用でき、表層部１Ｂと絶縁層部１Ｃによって薄肉部５を形成することができる。また、表層部１Ｂと絶縁層部１Ｃとを貫通したスルーホール１１を設けることによって、基底部１Ａに受圧穴４を容易に形成することができる。
【００４７】
次に、図８は本発明の第２の実施の形態による圧力センサを示し、本実施の形態の特徴は、受圧穴を等方性エッチングによって箱状穴としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素の同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４８】
２１は基板１の表面側に設けられた受圧穴で、該受圧穴２１は、凹陥溝２に対向した位置で基底部１Ａの中央に設けられている。そして、受圧穴２１は、絶縁層部１Ｃの裏面側に略四角形状に開口すると共に、角隅が円弧状面をなした浅溝状の箱状穴をなしている。また、受圧穴２１は、基底部１Ａの表面側に不純物を添加することによって選択性エッチング部（図示せず）を予め形成し、この選択性エッチング部をスルーホール１１を介して等方性のエッチング処理を用いて除去することによって形成されるものである。
【００４９】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態では、受圧穴２１を等方性のエッチング処理を施すことによって、浅溝状の箱状穴によって形成したから、受圧穴２１の深さ寸法を小さくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００５０】
次に、図９は本発明の第３の実施の形態による圧力センサを示し、本実施の形態の特徴は、受圧穴には基板の裏面側に開口する開口部を設けたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素の同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
３１は基板１の表面側に設けられた受圧穴で、該受圧穴３１は、基底部１Ａの中央に設けられている。そして、受圧穴３１は、絶縁層部１Ｃの裏面側に略四角形状に開口すると共に、基板１の裏面側に向かって漸次縮小したテーパ状穴をなしている。また、受圧穴３１は、基底部１Ａの厚さ方向中央位置で後述する開口穴３２に接続された略四角形状の開口部３１Ａを有し、該開口部３１Ａを通じて基板１の裏面側に開口している。ここで、受圧穴３１は、スルーホール１１を介して異方性のエッチング処理を施すことによって形成されるものである。
【００５２】
３２は基板１の裏面側に開口した開口穴で、該開口穴３２は、基底部１Ａの裏面に向かって漸次拡大すると共に、基底部１Ａの厚さ方向中央位置で受圧穴３１の開口部３１Ａに接続されている。また、開口穴３２は、基底部１Ａの裏面側に設けた酸化膜からなるマスク３３を介して異方性のエッチング処理を施すことによって形成されるものである。なお、基板１の裏面側に設けたマスク３３は、スルーホール１１等を薄肉部５に位置合わせするための位置合わせ部とを兼ねるものである。
【００５３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態では、受圧穴３１に基板１の裏面側に開口する開口部３１Ａを設けたから、基板１の裏面側から受圧穴３１に圧力を作用させることができる。また、基板１の表面側から受圧穴３１を形成するのと同時に、基板１の裏面側から開口穴３２を形成することができるから、受圧穴３１等を短時間で形成することができ、圧力センサの生産性を向上することができる。
【００５４】
なお、前記各実施の形態では、撓み検出素子としてピエゾ抵抗素子８を用いることとしたが、本発明はこれに限らず、例えばダイヤフラム部５Ａの表面と閉塞板１０の裏面とにそれぞれ設けた電極板によって撓み検出素子を構成してもよい。この場合、２枚の電極板間の静電容量を検出することによってダイヤフラム部５Ａに作用する圧力を検出することができる。
【００５５】
また、前記第１の実施の形態では、受圧穴４を底面が尖った略四角錐状のテーパ状穴によって形成するものとしたが、図１に二点鎖線で示すように異方性のエッチング処理を途中で停止することによって、底面が平面となったテーパ状穴からなる受圧穴４′を形成してもよい。この場合、受圧穴４′を形成するエッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上できる。また、基板１（基底部１Ａ）の厚さ寸法を小さくできるから、圧力センサの製造コストを低減することができる。
【００５６】
また、前記第１の実施の形態では、選択性エッチング部１３を多結晶シリコンによって形成するものとしたが、基底部１Ａの表面側には、例えば選択性エッチング部１３に代えて浅溝からなる空間を設けてもよい。また、第２の実施の形態と同様に基底部１Ａの表面側に不純物を添加することによって選択性エッチング部を形成してもよい。
【００５７】
また、前記第３の実施の形態では、異方性エッチングによって形成する受圧穴３１に開口部３１Ａを設けるものとしたが、第２の実施の形態による受圧穴２１の底部を基板１の裏面側に開口する構成としてもよい。
【００５８】
さらに、前記各実施の形態では、受圧穴４，２１，３１に圧力を加えるものとしたが、本発明はこれに限らず、例えば図１に一点鎖線で示すように閉塞板１０には圧力室Ａに接続する圧力導入孔４１を設け、該圧力導入孔４１を通じて圧力室Ａ内に圧力を加えるものとしてもよい。この場合、圧力室Ａ内の圧力と外気圧等からなる受圧穴４内の圧力との差圧をダイヤフラム部５Ａに作用させるものとしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、基板の表面側に受圧穴を設けると共に、該受圧穴を覆う薄肉部には枠状突部の外側に位置して受圧穴と外部とを接続するスルーホールを設ける構成としたから、スルーホールを通じて受圧穴内に検出すべき圧力の流体を導くことができる。これにより、薄肉部のうち枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部は、受圧穴と圧力室との差圧によって撓み変形するから、ダイヤフラム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検出することができる。
【００６０】
また、基板の表面側から枠状突部、ピエゾ抵抗素子を形成することができるから、枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部とピエゾ抵抗素子の位置決めを高精度で行うことができ、圧力センサ毎のばらつきを少なくし、信頼性を向上することができる。
【００６１】
さらに、ダイヤフラム部とピエゾ抵抗素子の位置合わせを高精度に行うことができるから、ダイヤフラム部を微細化してもピエゾ抵抗素子との位置ずれによる測定精度の劣化が問題とならない。このため、ダイヤフラム部、ピエゾ抵抗素子を小面積にすることができ、圧力センサを小型化することができる。
【００６２】
また、請求項２の発明によれば、受圧穴に露出する薄肉部の裏面側には酸化膜を設けたから、スルーホールを通じてエッチング処理を施すときであっても、薄肉部の裏面側を酸化膜によって保護することができ、薄肉部が損傷するのを防止できる。これにより、薄肉部の肉厚を一定に保持することができ、薄肉部の一部に応力が集中することによる損傷を防止し、信頼性、耐久性を向上することができる。
【００６３】
また、請求項３の発明によれば、受圧穴を異方性エッチングによって形成され基板の裏面側に向けて漸次縮小したテーパ状穴によって構成したから、従来技術に比べてエッチング処理によって除去する部分の体積を少なくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００６４】
また、請求項４の発明によれば、受圧穴を等方性のエッチング処理を施すことによって、浅溝状の箱状穴によって形成したから、受圧穴の深さ寸法を小さくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００６５】
また、請求項５の発明によれば、受圧穴には基板の裏面側に開口する開口部を設けたから、基板の裏面側から受圧穴に圧力を作用させることができる。また、基板の表面側から受圧穴を形成するのと同時に、基板の裏面側から開口穴を形成することができるから、受圧穴等を短時間で形成することができ、圧力センサの生産性を向上することができる。
【００６６】
また、請求項６の発明によれば、基板の裏面側には、スルーホールを受圧穴に位置合わせするための位置合わせ部を設けたから、圧力センサの製造時に基板の表面側から受圧穴の位置が特定しにくいときであっても、基板の裏面側に設けた位置合わせ部によって受圧穴とスルーホールとを位置合わせすることができる。
【００６７】
さらに、請求項７の発明によれば、基板を２つのシリコン基板間に酸化膜を介在させたＳＯＩ基板によって形成したから、酸化膜をエッチング液から薄肉部を保護する酸化膜として利用でき、ＳＯＩ基板表面側のシリコン基板と酸化膜とによって薄肉部を形成することができる。また、ＳＯＩ基板表面側のシリコン基板と酸化膜とを貫通したスルーホールを設けることによって、ＳＯＩ基板裏面側のシリコン基板に受圧穴を容易に形成することができる。
【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図２中の矢示Ｉ−Ｉ方向からみた縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態による圧力センサを図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた横断面図である。
【図３】第１の実施の形態による圧力センサを図１中の矢示 ＩＩＩ−ＩＩＩ 方向からみた横断面図である。
【図４】基底部に選択性エッチング部と凹陥溝とを設けた状態を示す縦断面図である。
【図５】基板の表面に酸化膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図６】基板の表面にピエゾ抵抗素子、枠状突部、多結晶膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図７】基板の表層部、絶縁層部等にスルーホールを設けると共に、スルーホールの内壁面等に保護膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図８】第２の実施の形態による圧力センサを図１と同様の位置から見た縦断面図である。
【図９】第３の実施の形態による圧力センサを図１と同様の位置から見た縦断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
１Ｃ 絶縁層部（酸化膜）
２ 凹陥溝（位置合わせ部）
４，２１，３１ 受圧穴
５ 薄肉部
５Ａ ダイヤフラム部
６ 枠状突部
８ ピエゾ抵抗素子（撓み検出素子）
１０ 閉塞板
１１ スルーホール
３１Ａ 開口部
【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、シリコン材料からなる基板と、該基板の裏面側に受圧凹溝を形成することにより該基板の表面側に設けられたダイヤフラムと、該ダイヤフラムに設けられ受圧凹溝に作用する圧力を検出する撓み検出素子とから構成されたものが知られている（例えば、特開平２−１３２３３７号公報）。
【０００３】
そして、このような従来技術による圧力センサは、流体圧等がダイヤフラムに作用すると、この圧力に応じてダイヤフラムが全体に亘って撓み変形する。このとき、撓み検出素子は撓み変形部分となるダイヤフラムに設けられているから、撓み検出素子はダイヤフラムの歪に応じた信号を出力する。このため、圧力センサは、撓み検出素子からの信号を検出することによって、ダイヤフラムに加わる圧力を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、例えば両面露光装置等を用いて基板の両面側に撓み検出素子と受圧凹溝とを位置合わせした状態で形成することにより、撓み検出素子をダイヤフラム上の所定位置に配設する構成としている。
【０００５】
しかし、一般的に両面露光装置を用いた場合の位置合わせ精度は約１０μｍ程度が限界であることが多いため、撓み検出素子とダイヤフラムとの間には、約１０μｍ程度の位置ずれが生じることがある。
【０００６】
また、基板は、その両面が例えばシリコン結晶の（１００）面に沿ってカットされ、受圧凹溝は、この（１００）面に対し一定の傾斜角をもつ（１１１）面等に沿って形成されることにより、基板の裏面側に向けて漸次拡大しつつ開口している。
【０００７】
この結果、基板がカット時の加工誤差等により（１００）面に対して傾いた状態で形成されていたり、その厚さ寸法誤差が含まれていたりすると、基板の裏面側に受圧凹溝の開口部（マスクパターン）を精度よく形成したとしても、受圧凹溝の底部側に位置するダイヤフラムには位置ずれが生じ易くなる。
【０００８】
このため、従来技術では、基板の加工精度や両面露光装置による位置合わせ時の誤差等が積み重なることによって、撓み検出素子がダイヤフラム上に位置ずれした状態で形成され易いため、複数の圧力センサ間で撓み検出素子から出力される信号が異なり、圧力の検出精度にばらつきが生じて信頼性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は高精度に圧力を検出できると共に、ダイヤフラム部に撓み検出素子を高精度に位置合せすることが可能な圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、請求項１の発明に係る圧力センサの構成は、シリコン材料からなる基板と、該基板の表面側に設けられた受圧穴と、該受圧穴を覆い前記基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を枠状に取囲んで該薄肉部の表面側に設けられ取囲まれた内側をダイヤフラム部とする枠状突部と、該枠状突部上に接合して設けられ前記ダイヤフラム部を閉塞して基準圧力を与える圧力室を画成する閉塞板と、前記ダイヤフラム部に位置して前記薄肉部に設けられ前記受圧穴と圧力室との間の差圧によって前記ダイヤフラム部が変形するときの撓みを検出する撓み検出素子と、前記枠状突部の外側に位置して前記薄肉部に貫通して設けられ前記受圧穴と外部とを接続するスルーホールとからなる。
【００１１】
このように構成したことにより、ダイヤフラム部は受圧穴と圧力室との間の差圧によって撓み変形するから、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。
【００１２】
また、スルーホールを通じてエッチング処理を施すことによって、基板の表面側に受圧穴を形成することができる。このため、両面露光装置等を用いることなく、基板の表面側でダイヤフラム部に撓み検出素子を位置合わせすることできる。
【００１３】
また、請求項２の発明は、受圧穴に露出する薄肉部の裏面側に酸化膜を設けたことにある。
【００１４】
これにより、受圧穴を形成するためにスルーホールを通じてエッチング処理を施すときであっても、薄肉部の裏面側を酸化膜によって保護することができ、薄肉部が損傷するのを防止できると共に、薄肉部の肉厚を一定に保持することができる。
【００１５】
また、請求項３の発明は、受圧穴を、異方性エッチングによって形成され基板の裏面側に向けて漸次縮小したテーパ状穴によって構成したことにある。
【００１６】
これにより、基板中で受圧穴が占める面積を薄肉部によって覆われた面積にすることができ、小面積の受圧穴によって圧力センサを構成することができる。
【００１７】
この場合、請求項４の発明によれば、受圧穴を、等方性エッチングによって形成された箱状穴によって構成することもできる。
【００１８】
また、請求項５の発明は、受圧穴には、前記基板の裏面側に開口する開口部を設けたことにある。
【００１９】
これにより、開口部を通じて受圧穴に圧力を作用させることができ、基板の裏面側に作用する圧力を検出することができる。
【００２０】
また、請求項６の発明は、基板の裏面側には、スルーホールを受圧穴に位置合わせするための位置合わせ部を設けたことにある。
【００２１】
これにより、基板の表面側から受圧穴の位置が特定しにくいときであっても、基板の裏面側に設けた位置合わせ部によって受圧穴とスルーホールとを位置合わせすることができる。
【００２２】
さらに、請求項７の発明は、基板を２つのシリコン基板間に酸化膜を介在させたＳＯＩ基板によって形成したことにある。これにより、受圧穴および薄肉部の形成を容易に行なうことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による圧力センサを添付図面に従って詳細に説明する。まず、図１ないし図７は第１の実施の形態による圧力センサを示している。
【００２４】
図において、１はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなる四角形状の基板で、該基板１は、シリコン単結晶からなる基底部１Ａと、該基底部１Ａの表面側に形成された表層部１Ｂと、該表層部１Ｂと基底部１Ａとの間に介在した酸化膜としての絶縁層部１Ｃとから構成されている。そして、基底部１Ａの裏面側には、略四角形の浅溝からなる位置合わせ部としての凹陥溝２が設けられると共に、表層部１Ｂの表面側には、酸化膜３が形成されている。
【００２５】
４は基板１の表面側に設けられた受圧穴で、該受圧穴４は、凹陥溝２に対向した位置で基底部１Ａの中央に設けられている。そして、受圧穴４は、絶縁層部１Ｃの裏面側に略四角形状に開口すると共に、基板１の裏面側に向かって漸次縮小したテーパ状穴をなしている。また、受圧穴４は、後述するスルーホール１１を介して異方性のエッチング処理を施すことによって形成されるものである。
【００２６】
５は受圧穴４によって基板１の表面側に設けられた薄肉部で、該薄肉部５は受圧穴４に対応して略四角形状をなし、基板１の表層部１Ｂ、絶縁層部１Ｃ等によって形成されている。
【００２７】
６は薄肉部５の表面側に設けられた枠状突部で、該枠状突部６は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等によって略四角形の枠状に形成され、その表面側には多結晶シリコンからなる多結晶膜７が形成されている。また、枠状突部６は、薄肉部５の一部を枠状に取囲んでいる。これにより、薄肉部５のうち枠状突起６に取囲まれた内側の部位は、受圧穴４内の圧力と後述する圧力室Ａ内の圧力との差圧に応じて撓み変形するダイヤフラム部５Ａをなしている。
【００２８】
８，８，…はダイヤフラム部５Ａ内に設けられた例えば４個のピエゾ抵抗素子で、該各ピエゾ抵抗素子８は、ホウ素等の不純物を基板１の表層部１Ｂに注入、拡散して狭幅の細線状にピエゾ抵抗化することによって形成されている。また、各ピエゾ抵抗素子８には、図２に示すように広幅の拡散層配線９が接続され、これらの拡散層配線９を通じてピエゾ抵抗素子８は外部の金属配線（図示せず）等に接続されている。そして、ピエゾ抵抗素子８は、ダイヤフラム部５Ａの撓み変形に応じてその抵抗値が変化するものである。
【００２９】
１０は枠状突部６の表面側に設けられたガラス材料からなる閉塞板で、該閉塞板１０は、図１に示すように枠状突部６表面上の多結晶膜７に陽極接合等によって接合されている。そして、閉塞板１０は、ダイヤフラム部５Ａを閉塞して基準圧力を与える圧力室Ａを画成している。
【００３０】
１１，１１，…は薄肉部５の角隅に設けられた４個のスルーホールで、該各スルーホール１１は、枠状突部６の外側に位置して薄肉部５を貫通して設けられている。このため、各スルーホール１１は、基板１の表面側に開口し、受圧穴４と外部とを接続している。また、各スルーホール１１の内壁面には、酸化シリコンからなる保護膜１２が設けられている。そして、保護膜１２は、受圧穴４を形成するためにスルーホール１１を通じてエッチング液を注入するときに、エッチング液によって表層部１Ｂ等が損傷するのを防止するものである。
【００３１】
本実施の形態による圧力センサは上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図４ないし図７を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、基底部１Ａの表面側に多結晶シリコンの薄膜からなる略四角形の選択性エッチング部１３を形成する。このとき、基底部１Ａの裏面側には、図４に示すように選択性エッチング部１３と対向した位置に凹陥溝２を凹設する。
【００３３】
次に、図５に示すように、選択性エッチング部１３の表面側に絶縁層部１Ｃ、表層部１Ｂを形成し、選択性エッチング部１３を埋設した状態のＳＯＩ基板からなる基板１を形成する。そして、基板１の表層部１Ｂ上には酸化膜３を形成する。
【００３４】
このとき、選択性エッチング部１３は基板１に埋設された状態となるから、その位置が基板１の表面側から特定することができなくなる。このため、以下の工程では、選択性エッチング部１３に対応して基板１の裏面側に設けた凹陥溝２を用いて、選択性エッチング部１３とピエゾ抵抗素子８の位置合わせを行った後、このピエゾ抵抗素子８に対して枠状突部６、スルーホール１１を位置合わせするものである。
【００３５】
そこで、まず凹陥溝２を基準として表層部１Ｂの表面側からホウ素等の不純物を注入、拡散することによってピエゾ抵抗素子８を形成する。その後、図６に示すように表層部１Ｂの表面側に枠状突部６、多結晶膜７の順に形成する。
【００３６】
次に、多結晶膜７、酸化膜３、表層部１Ｂ、絶縁層部１Ｃにエッチング処理を施すことによって、スルーホール１１を形成し、スルーホール１１の底部を選択性エッチング部１３の角隅に開口させる。このとき、スルーホール１１と選択性エッチング部１３との位置合わせは、凹陥溝２を用いて形成したピエゾ抵抗素子８を基準に行うから、位置合わせ精度が比較的低く、スルーホール１１には１０μｍ程度の位置ずれが生じることがある。しかし、スルーホール１１は、選択性エッチング部１３のいずれかの位置に開口すればよいものである。このため、スルーホール１１は、このような位置ずれを補償するため、その開口寸法が例えば１０μｍ以上に設定されている。なお、選択性エッチング部１３を１０μｍ程度拡大しても同等の効果が得られるものである。そして、図７に示すように多結晶膜７の表面側からスルーホール１１の内壁面に亘って酸化シリコンからなる保護膜１２を形成する。
【００３７】
次に、スルーホール１１からＫＯＨ、ヒドラジン等のエッチング液を注入する。このとき、エッチング液が選択性エッチング部１３に到達するから、多結晶シリコンからなる選択性エッチング部１３は、エッチング液によって除去される。そして、選択性エッチング部１３が除去された後は、単結晶シリコンからなる基底部１Ａにエッチング液が接触するから、エッチング液によって異方性のエッチング処理が施されシリコン結晶の（１１１）面を有する略四角錐状の受圧穴４が形成される。
【００３８】
最後に、多結晶膜７表面の保護膜１２を除去すると共に、枠状突部６の表面側がガラス材料からなる閉塞板１０を陽極接合し、図１に示すように圧力室Ａを画成する。
【００３９】
本実施の形態による圧力センサは、上述のような製造方法によって形成されたものであり、この圧力センサを所定圧力の雰囲気中におくと、スルーホール１１を通じて受圧穴４内の圧力も圧力センサ周囲の圧力と同圧となるから、受圧穴４と圧力室Ａとの間に差圧が発生する。この差圧によって薄肉部５のうちダイヤフラム５Ａが撓み変形するから、ピエゾ抵抗素子８の抵抗値がダイヤフラム部５Ａに生じる撓み（歪み）に応じて変化する。このため、拡散層配線９を通じてピエゾ抵抗素子８の抵抗値を検出することによって、圧力センサ周囲の圧力を検出するものである。
【００４０】
かくして、本実施の形態では、基板１の表面側に受圧穴４を設けると共に、該受圧穴４を覆う薄肉部５には枠状突部６の外側に位置して受圧穴４と外部とを接続するスルーホール１１を設ける構成としたから、スルーホール１１を通じて受圧穴４内に検出すべき圧力の流体を導くことができる。これにより、薄肉部５のうち枠状突部６の内側に位置するダイヤフラム部５Ａは、受圧穴４と圧力室Ａとの差圧によって撓み変形するから、ダイヤフラム部５Ａに設けたピエゾ抵抗素子８によって圧力センサ周囲の圧力を検出することができる。
【００４１】
また、基板１の表面側から枠状突部６、ピエゾ抵抗素子８を形成するから、枠状突部６の内側に位置するダイヤフラム部５Ａとピエゾ抵抗素子８の位置決めを高精度で行うことができ、圧力センサ毎のばらつきを少なくし、信頼性を向上することができる。
【００４２】
さらに、ダイヤフラム部５Ａとピエゾ抵抗素子８の位置合わせを高精度に行うことができるから、ダイヤフラム部５Ａを微細化してもピエゾ抵抗素子８との位置ずれによる測定精度の劣化が問題とならない。このため、ダイヤフラム部５Ａ、ピエゾ抵抗素子８を小面積にすることができ、圧力センサを小型化することができる。
【００４３】
また、受圧穴４に露出する薄肉部５の裏面側にはシリコン酸化膜からなる絶縁層部１Ｃを設けたから、スルーホール１１を通じてエッチング処理を施すときであっても、薄肉部５の裏面側を絶縁層部１Ｃによって保護することができ、薄肉部５が損傷するのを防止できる。これにより、薄肉部５の肉厚を一定に保持することができ、薄肉部５の一部に応力が集中することによる損傷を防止し、信頼性、耐久性を向上することができる。
【００４４】
一方、受圧穴４を異方性エッチングによって形成され基板の裏面側に向けて漸次縮小したテーパ状穴によって構成したから、従来技術のように基板１の裏面側に向かって漸次拡大した受圧凹溝を形成するときに比べて、エッチング処理によって除去する部分の体積を少なくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。また、受圧穴４は、薄肉部５によって覆われた部位の面積が最も大きいものである。このため、従来技術のように基板１の裏面側に向けて漸次拡大する受圧凹溝を形成するのに比べて、基板１で受圧穴４の占める面積を小さくすることができ、圧力センサの微細化、集積化を図ることができる。
【００４５】
また、基板１の裏面側には、スルーホール１１を受圧穴４に位置合わせするための凹陥溝２を設けたから、圧力センサの製造時に基板１の表面側から受圧穴４の位置が特定しにくいときであっても、基板１の裏面側に設けた凹陥溝２によって受圧穴４とスルーホール１１とを位置合わせすることができる。
【００４６】
さらに、基板１を２つのシリコン単結晶からなる基底部１Ａ、表層部１Ｂ間に酸化膜からなる絶縁層部１Ｃを介在させたＳＯＩ基板によって形成したから、絶縁層部１Ｃをエッチング液から薄肉部５を保護する酸化膜として利用でき、表層部１Ｂと絶縁層部１Ｃによって薄肉部５を形成することができる。また、表層部１Ｂと絶縁層部１Ｃとを貫通したスルーホール１１を設けることによって、基底部１Ａに受圧穴４を容易に形成することができる。
【００４７】
次に、図８は本発明の第２の実施の形態による圧力センサを示し、本実施の形態の特徴は、受圧穴を等方性エッチングによって箱状穴としたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素の同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４８】
２１は基板１の表面側に設けられた受圧穴で、該受圧穴２１は、凹陥溝２に対向した位置で基底部１Ａの中央に設けられている。そして、受圧穴２１は、絶縁層部１Ｃの裏面側に略四角形状に開口すると共に、角隅が円弧状面をなした浅溝状の箱状穴をなしている。また、受圧穴２１は、基底部１Ａの表面側に不純物を添加することによって選択性エッチング部（図示せず）を予め形成し、この選択性エッチング部をスルーホール１１を介して等方性のエッチング処理を用いて除去することによって形成されるものである。
【００４９】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態では、受圧穴２１を等方性のエッチング処理を施すことによって、浅溝状の箱状穴によって形成したから、受圧穴２１の深さ寸法を小さくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００５０】
次に、図９は本発明の第３の実施の形態による圧力センサを示し、本実施の形態の特徴は、受圧穴には基板の裏面側に開口する開口部を設けたことにある。なお、本実施の形態では前記第１の実施の形態と同一の構成要素の同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
３１は基板１の表面側に設けられた受圧穴で、該受圧穴３１は、基底部１Ａの中央に設けられている。そして、受圧穴３１は、絶縁層部１Ｃの裏面側に略四角形状に開口すると共に、基板１の裏面側に向かって漸次縮小したテーパ状穴をなしている。また、受圧穴３１は、基底部１Ａの厚さ方向中央位置で後述する開口穴３２に接続された略四角形状の開口部３１Ａを有し、該開口部３１Ａを通じて基板１の裏面側に開口している。ここで、受圧穴３１は、スルーホール１１を介して異方性のエッチング処理を施すことによって形成されるものである。
【００５２】
３２は基板１の裏面側に開口した開口穴で、該開口穴３２は、基底部１Ａの裏面に向かって漸次拡大すると共に、基底部１Ａの厚さ方向中央位置で受圧穴３１の開口部３１Ａに接続されている。また、開口穴３２は、基底部１Ａの裏面側に設けた酸化膜からなるマスク３３を介して異方性のエッチング処理を施すことによって形成されるものである。なお、基板１の裏面側に設けたマスク３３は、スルーホール１１等を薄肉部５に位置合わせするための位置合わせ部とを兼ねるものである。
【００５３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態では、受圧穴３１に基板１の裏面側に開口する開口部３１Ａを設けたから、基板１の裏面側から受圧穴３１に圧力を作用させることができる。また、基板１の表面側から受圧穴３１を形成するのと同時に、基板１の裏面側から開口穴３２を形成することができるから、受圧穴３１等を短時間で形成することができ、圧力センサの生産性を向上することができる。
【００５４】
なお、前記各実施の形態では、撓み検出素子としてピエゾ抵抗素子８を用いることとしたが、本発明はこれに限らず、例えばダイヤフラム部５Ａの表面と閉塞板１０の裏面とにそれぞれ設けた電極板によって撓み検出素子を構成してもよい。この場合、２枚の電極板間の静電容量を検出することによってダイヤフラム部５Ａに作用する圧力を検出することができる。
【００５５】
また、前記第１の実施の形態では、受圧穴４を底面が尖った略四角錐状のテーパ状穴によって形成するものとしたが、図１に二点鎖線で示すように異方性のエッチング処理を途中で停止することによって、底面が平面となったテーパ状穴からなる受圧穴４′を形成してもよい。この場合、受圧穴４′を形成するエッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上できる。また、基板１（基底部１Ａ）の厚さ寸法を小さくできるから、圧力センサの製造コストを低減することができる。
【００５６】
また、前記第１の実施の形態では、選択性エッチング部１３を多結晶シリコンによって形成するものとしたが、基底部１Ａの表面側には、例えば選択性エッチング部１３に代えて浅溝からなる空間を設けてもよい。また、第２の実施の形態と同様に基底部１Ａの表面側に不純物を添加することによって選択性エッチング部を形成してもよい。
【００５７】
また、前記第３の実施の形態では、異方性エッチングによって形成する受圧穴３１に開口部３１Ａを設けるものとしたが、第２の実施の形態による受圧穴２１の底部を基板１の裏面側に開口する構成としてもよい。
【００５８】
さらに、前記各実施の形態では、受圧穴４，２１，３１に圧力を加えるものとしたが、本発明はこれに限らず、例えば図１に一点鎖線で示すように閉塞板１０には圧力室Ａに接続する圧力導入孔４１を設け、該圧力導入孔４１を通じて圧力室Ａ内に圧力を加えるものとしてもよい。この場合、圧力室Ａ内の圧力と外気圧等からなる受圧穴４内の圧力との差圧をダイヤフラム部５Ａに作用させるものとしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、基板の表面側に受圧穴を設けると共に、該受圧穴を覆う薄肉部には枠状突部の外側に位置して受圧穴と外部とを接続するスルーホールを設ける構成としたから、スルーホールを通じて受圧穴内に検出すべき圧力の流体を導くことができる。これにより、薄肉部のうち枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部は、受圧穴と圧力室との差圧によって撓み変形するから、ダイヤフラム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検出することができる。
【００６０】
また、基板の表面側から枠状突部、ピエゾ抵抗素子を形成することができるから、枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部とピエゾ抵抗素子の位置決めを高精度で行うことができ、圧力センサ毎のばらつきを少なくし、信頼性を向上することができる。
【００６１】
さらに、ダイヤフラム部とピエゾ抵抗素子の位置合わせを高精度に行うことができるから、ダイヤフラム部を微細化してもピエゾ抵抗素子との位置ずれによる測定精度の劣化が問題とならない。このため、ダイヤフラム部、ピエゾ抵抗素子を小面積にすることができ、圧力センサを小型化することができる。
【００６２】
また、請求項２の発明によれば、受圧穴に露出する薄肉部の裏面側には酸化膜を設けたから、スルーホールを通じてエッチング処理を施すときであっても、薄肉部の裏面側を酸化膜によって保護することができ、薄肉部が損傷するのを防止できる。これにより、薄肉部の肉厚を一定に保持することができ、薄肉部の一部に応力が集中することによる損傷を防止し、信頼性、耐久性を向上することができる。
【００６３】
また、請求項３の発明によれば、受圧穴を異方性エッチングによって形成され基板の裏面側に向けて漸次縮小したテーパ状穴によって構成したから、従来技術に比べてエッチング処理によって除去する部分の体積を少なくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００６４】
また、請求項４の発明によれば、受圧穴を等方性のエッチング処理を施すことによって、浅溝状の箱状穴によって形成したから、受圧穴の深さ寸法を小さくすることができる。このため、エッチング処理の時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００６５】
また、請求項５の発明によれば、受圧穴には基板の裏面側に開口する開口部を設けたから、基板の裏面側から受圧穴に圧力を作用させることができる。また、基板の表面側から受圧穴を形成するのと同時に、基板の裏面側から開口穴を形成することができるから、受圧穴等を短時間で形成することができ、圧力センサの生産性を向上することができる。
【００６６】
また、請求項６の発明によれば、基板の裏面側には、スルーホールを受圧穴に位置合わせするための位置合わせ部を設けたから、圧力センサの製造時に基板の表面側から受圧穴の位置が特定しにくいときであっても、基板の裏面側に設けた位置合わせ部によって受圧穴とスルーホールとを位置合わせすることができる。
【００６７】
さらに、請求項７の発明によれば、基板を２つのシリコン基板間に酸化膜を介在させたＳＯＩ基板によって形成したから、酸化膜をエッチング液から薄肉部を保護する酸化膜として利用でき、ＳＯＩ基板表面側のシリコン基板と酸化膜とによって薄肉部を形成することができる。また、ＳＯＩ基板表面側のシリコン基板と酸化膜とを貫通したスルーホールを設けることによって、ＳＯＩ基板裏面側のシリコン基板に受圧穴を容易に形成することができる。
【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図２中の矢示Ｉ−Ｉ方向からみた縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態による圧力センサを図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた横断面図である。
【図３】第１の実施の形態による圧力センサを図１中の矢示 ＩＩＩ−ＩＩＩ 方向からみた横断面図である。
【図４】基底部に選択性エッチング部と凹陥溝とを設けた状態を示す縦断面図である。
【図５】基板の表面に酸化膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図６】基板の表面にピエゾ抵抗素子、枠状突部、多結晶膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図７】基板の表層部、絶縁層部等にスルーホールを設けると共に、スルーホールの内壁面等に保護膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図８】第２の実施の形態による圧力センサを図１と同様の位置から見た縦断面図である。
【図９】第３の実施の形態による圧力センサを図１と同様の位置から見た縦断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
１Ｃ 絶縁層部（酸化膜）
２ 凹陥溝（位置合わせ部）
４，２１，３１ 受圧穴
５ 薄肉部
５Ａ ダイヤフラム部
６ 枠状突部
８ ピエゾ抵抗素子（撓み検出素子）
１０ 閉塞板
１１ スルーホール
３１Ａ 開口部
Claims (7)
- シリコン材料からなる基板と、該基板の表面側に設けられた受圧穴と、該受圧穴を覆い前記基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を枠状に取囲んで該薄肉部の表面側に設けられ取囲まれた内側をダイヤフラム部とする枠状突部と、該枠状突部上に接合して設けられ前記ダイヤフラム部を閉塞して基準圧力を与える圧力室を画成する閉塞板と、前記ダイヤフラム部に位置して前記薄肉部に設けられ前記受圧穴と圧力室との間の差圧によって前記ダイヤフラム部が変形するときの撓みを検出する撓み検出素子と、前記枠状突部の外側に位置して前記薄肉部に貫通して設けられ前記受圧穴と外部とを接続するスルーホールとから構成してなる圧力センサ。
- 前記受圧穴に露出する薄肉部の裏面側には酸化膜を設けてなる請求項１に記載の圧力センサ。
- 前記受圧穴は、異方性エッチングによって形成され基板の裏面側に向けて漸次縮小したテーパ状穴である請求項１または２に記載の圧力センサ。
- 前記受圧穴は、等方性エッチングによって形成された箱状穴である請求項１または２に記載の圧力センサ。
- 前記受圧穴には、前記基板の裏面側に開口する開口部を設けてなる請求項１，２，３または４に記載の圧力センサ。
- 前記基板の裏面側には、スルーホールを受圧穴に位置合わせするための位置合わせ部を設けてなる請求項１，２，３，４または５に記載の圧力センサ。
- 前記基板は２つのシリコン基板間に酸化膜を介在させたＳＯＩ基板である請求項１，２，３，４，５または６に記載の圧力センサ。
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