JP5884999B2 - Manufacturing method of pressure sensor - Google Patents

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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。
The present invention relates to a vibration type differential pressure sensor.
More specifically, the present invention relates to a vibration type differential pressure sensor that has high measurement accuracy, is easy to manufacture, and can be manufactured at low cost.

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。   FIG. 13 is an explanatory diagram showing the structure of a main part of a conventional example that has been generally used, and is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 01-171337. In the figure, reference numerals 11 and 111 denote a silicon diaphragm and a silicon diaphragm fixing portion disposed in a predetermined fluid 112. In this case, silicon oil is used as the fluid 112.

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。   In this case, the vibrator-type strain gauge 12 has an H shape, and a cross section near its fixed end appears in FIG. Reference numeral 30 denotes a vibration suppressing body provided with one surface close to at least one surface of the diaphragm 11 so that the silicon diaphragm 11 does not resonate with the vibratory strain gauge 12 due to the density and viscosity of the fluid 112 between the diaphragm 11 and the fluid. .

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。   In this case, the yoke 131 of the magnet 13 including the yoke 131 and the permanent magnet 132 functions as the vibration suppressing body 30. Reference numeral 113 denotes a recess formed of a silicon diaphragm 11 and a silicon diaphragm fixing portion 111.

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。   Reference numeral 40 denotes a silicon substrate which is fixed to one surface of the fixing portion 111 of the silicon diaphragm and forms the chamber 114 together with the recess 113. Reference numeral 141 denotes a pressure introducing hole provided in the silicon substrate 40 for introducing pressure into the chamber 114.

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。   50 is provided in the external opening of the pressure introducing hole 41 so that the fixed portion 111 of the silicon diaphragm does not resonate with the vibrator-type strain gauge 12 due to the density and viscosity of the fluid 112 between the silicon substrate 40. This is a pressure contact that is fixed in close proximity to the silicon substrate 40 via a spacer 42.

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。   In this case, the spacer 42 is formed integrally with the silicon substrate 40. A communication hole 51 is provided in the pressure connection 50 and communicates with the pressure introduction hole 41 of the silicon substrate 40. Reference numeral 60 denotes a cover that covers the magnet 13, the diaphragm 11, the fixed portion 111, the substrate 40, and the spacer 42, is attached to the pressure contact 50, and is filled with the fluid 112 therein.

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。   In the above configuration, when an external force is applied to the diaphragm 11, the natural frequency of the vibratory strain gauge 12 changes corresponding to the external force. The vibration of the vibratory strain gauge 12 is detected by the vibration detecting means, and the detected frequency is taken out as an output signal.

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。   As a result, the external force applied to the diaphragm 11 can be detected. In addition, since the vibration suppressing body 30 provided with one surface close to at least one surface of the diaphragm 11 is provided, the silicon diaphragm 11 does not resonate with the vibratory strain gauge 12.

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。   That is, the diaphragm 11 has a resonance frequency determined by its shape, but is braked by the silicon oil 112 in the gap between the diaphragm 11 and the yoke 131, so that the oscillation frequency of the vibrator-type strain gauge 12 is the resonance frequency of the diaphragm 11. The diaphragm 11 can be made not to resonate even if it matches. For example, in this embodiment, this condition is sufficiently achieved when the gap a <0.1 mm between the yoke 131 and the diaphragm 11 in 100 cs silicon oil.

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。
FIG. 14 is an example in which the relationship between the Q of the diaphragm 11 and the gap a in various fluids was measured. It has been found that the influence of resonance of the diaphragm 11 is substantially eliminated when Q <0.7.
A shows the case where the fluid 112 is the atmosphere, B shows the case of Freon, and C shows the case of silicon oil.

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。   FIG. 15 is an explanatory diagram showing the structure of a main part of a conventional example that has been generally used, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-032224. In the figure, reference numeral 19 denotes a damping base made of a silicon single crystal that can be accommodated in the recess 13. A flow hole 20 is formed in the center, and a base chip 16 is formed so that the bottom thereof communicates with the through hole 15. It is thermally oxidized and bonded.

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。   The upper part holds a predetermined gap Δ from the bottom of the diaphragm 13. Reference numeral 21 denotes silicon oil. By sealing the silicon oil inside the recess 11, the influence of the self-excited vibration of the vibration type strain gauge 14 is damped by a narrow gap Δ and removed.

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。
FIG. 16 to FIG. 23 are explanatory views of the configuration of the main part of a conventional example that is generally used conventionally, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 06-244438. In the figure,
(A) As shown in FIG. 16, a spinel epi layer 12 is formed on one surface side of the semiconductor substrate 11.
(B) As shown in FIG. 17, a silicon oxide film 13 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 in contact with the spinel epilayer 12.

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。
The spinel epilayer is described, for example, in “SOI structure formation technology” P259 published by Shizujiro Furukawa, published on October 23, 1987. The spinel epi layer 12 is a film that accepts the crystallinity of silicon.
(C) As shown in FIG. 18, a polysilicon layer 14 is formed on the surface of the spinel epi layer 12, and the polysilicon layer 14 is annealed to be single crystallized.

(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。 (D) As shown in FIG. 19, by photolithography and etching (RIE method (reactive ion etching method, etc.)), the polysilicon layer 14, the spinel epi layer 12, and the silicon oxide film 13 other than the portion corresponding to the diaphragm 3 Remove. Reference numeral 15 denotes a resist.

(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。
(E) A silicon epitaxial growth layer 16 is formed on the surfaces of the semiconductor substrate 11 and the polysilicon layer 14 as shown in FIG.
(F) As shown in FIG. 21, the strain detection sensor 17 is formed in the silicon epitaxial growth layer 16. In this case, a piezoresistive element is formed.

(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。
(G) As shown in FIG. 22, a communication hole 18 reaching the silicon oxide film 13 from the other surface of the semiconductor substrate 11 is formed by etching.
(H) As shown in FIG. 23, the silicon oxide film 13 is removed by selective etching through the communication hole 18.
Thus, the diaphragm 3 and the gap chamber 4 are configured.

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。   In short, in this type of vibration-type differential pressure sensor, the diaphragm is strained by the deformation of the diaphragm due to the application of pressure, and the resonance frequency of the vibrator-type strain gauge is changed. By detecting this frequency change, the pressure input to the diaphragm can be measured.

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。   In such a vibratory differential pressure sensor using a vibratory strain gauge, the vibratory strain gauge is self-excited using an external circuit, and the energy supplied from the circuit is limited to the vibration of the vibratory strain gauge. It is desirable to be used.

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。   However, at a frequency where the resonance frequency of the diaphragm and the self-excited vibration frequency of the vibratory strain gauge are the same, part of the energy input to the vibratory strain gauge is consumed as the resonance energy of the diaphragm. As a result, the Q value (output) of the transducer-type strain gauge element decreases, so theoretically, the pressure and frequency are in a quadratic proportional relationship, but the error from this proportional relationship becomes large and the input / output characteristics, etc. There is a problem that various characteristics of the above become worse. As a means for solving such a problem, there has been proposed a technique for suppressing diaphragm resonance by using a narrow gap filled with oil.

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。   As a concrete example for realizing the above, a method of forming a gap by arranging a machined part on the side where a vibrator-type strain gauge is arranged (Japanese Utility Model Laid-Open No. 01-171337, FIG. 1A), A method of arranging a convex portion on a part facing the concave portion of the diaphragm (Japanese Patent Laid-Open No. 02-032224, FIG. 1B), a method of forming a gap by etching an oxide film layer (Japanese Patent Laid-Open No. 6-244438, FIG. 1). (C)) has been proposed.

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。   Next, as a manufacturing method of such a conventional example, in particular, as a method of forming a diaphragm, a method of forming a diaphragm using alkaline etching of deep moat used in Japanese Utility Model Laid-Open No. 01-171337 and Japanese Patent Laid-Open No. 02-032224, and There is a method of forming a diaphragm using an oxide film used in JP-A-6-244438 as an etch stop.

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。   In the method of forming a diaphragm using deep etching of alkali, the single crystal silicon wafer 101 is processed by anisotropic wet etching so that the diaphragm 102 has a desired thickness. The thickness is controlled by the etching rate and etching time. In this method, as shown in FIG. 24, a recess constituted by the (111) plane is formed.

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。   In the method of forming a diaphragm using an oxide film as an etch stop as used in JP-A-6-244438, etching with an alkaline solution and plasma etching can be used. However, since an oxide film can be used as an etch stop, The film thickness can be controlled more precisely than the method using alkaline etching.

実開平01−171337号公報Japanese Utility Model Publication No. 01-171337 特開平02−032224号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-032224 特開平06−244438号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-244438

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。
Such an apparatus has the following problems.
In Japanese Utility Model Laid-Open No. 01-171337, since the diaphragm is manufactured by deep alkaline etching, it is difficult to control the thickness of several um to several tens of um in units of several um, and it is difficult to suppress variations in sensitivity.

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。   In forming the gap, since machined parts are used, it is difficult to accurately produce a narrow gap of several tens of um or less, and there is a limit in suppressing the resonance of the diaphragm. In addition, since machined parts are used, foreign matter enters when gaps are formed, and the movable range of the diaphragm is limited, which may affect various characteristics such as input / output characteristics. Furthermore, the shape of the diaphragm cannot be freely selected due to the influence of crystal plane orientation due to alkali etching during the formation of the diaphragm. For this reason, restrictions are imposed on the shape when designing the diaphragm, and a diaphragm having a free shape cannot be designed.

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。   In Japanese Patent Laid-Open No. 02-032224, since the diaphragm is manufactured by deep alkaline etching, it is difficult to control the thickness of several um to several tens of um in units of several um. In the gap formation, it is difficult to accurately process the recess by alkali etching, and the processing error of the opposed convex parts deteriorates the accuracy, so it is difficult to accurately manufacture a gap of several um, There is also a limit to suppressing diaphragm resonance.

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。   Further, since the shape of the diaphragm cannot be freely selected due to the influence of the crystal plane orientation due to alkali etching during the formation of the diaphragm, the shape is restricted when designing the diaphragm, and the diaphragm cannot be designed in a free shape.

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。   In Japanese Patent Laid-Open No. 6-244438, an oxide film layer is used for manufacturing a gap, so that stress may be generated at the boundary between the oxide film and silicon, and the wafer may be warped or the oxide film may be cracked. In order to avoid such a state, an oxide film thickness of about 3 to 4 μm is a limit, and a gap of 3 to 4 μm or more cannot be formed.

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。   For this reason, the movable range of the diaphragm is limited to the gap, and a restriction is imposed on the sensor design of the pressure range that requires a displacement of 4 μm or more. In addition, since the diaphragm is produced by epitaxial growth and is affected by the crystal plane, when designing a diaphragm with no crystal defects at the boundary between the substrate and the diaphragm and having a high fracture stress, the design must be made in consideration of the crystal plane. I must. Therefore, it is not possible to design a diaphragm with a free shape that is not restricted by the crystal orientation.

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。
Next, problems of such a conventional manufacturing method, particularly, a diaphragm forming method will be described.
The problems of deep alkali etching used in Japanese Utility Model Laid-Open No. 01-171337 and Japanese Patent Laid-Open No. 02-032224 are that it is easily affected by the temperature of the chemical solution and the thickness is difficult to control. In other words, high accuracy of the diaphragm film thickness is required and control is difficult, and it is necessary to protect the element surface side from the chemical solution during etching.

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。   On the other hand, in the method using an oxide film as an etch stop as used in JP-A-6-244438, a gap is formed by the oxide film thickness. For this reason, it is impossible to form a gap of about 3 to 4 μm or more where the wafer warps or the oxide film cracks. As a result, the diaphragm comes into contact with the opposing structure, and the movable range of the diaphragm is restricted. That is, there is a great restriction on the sensor design for the pressure range that requires a displacement of 4 μm or more.

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。   Further, in deep etching, as shown in FIG. 25, when the same mask shape is used to finish the same diaphragm thickness, the finished shape of the diaphragm differs for wafers having different thicknesses due to the difference in the etching rate of the plane orientation.

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。   For this reason, in wafers having different inch sizes, since the thickness of the wafer is different, it is necessary to change the etching conditions and the mask pattern. This means that after making a prototype with a small wafer of 4 inches or the like in the R & D stage, when manufacturing a large wafer with an inch size of 8 inches or 12 inches in mass production, the mask is remade and manufactured. Indicates that the conditions need to be changed. This means that a huge amount of time must be spent to move from prototype to commercialization.

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。   Furthermore, in the differential pressure sensor, it is necessary to change the design of the shape and thickness of the diaphragm according to the pressure range. In order to realize various diaphragm thicknesses corresponding to such various pressure ranges by deep alkaline etching, the mask pattern and manufacturing conditions must be individually managed for each corresponding diaphragm thickness. Don't be.

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。   In addition, even a diaphragm manufactured using epitaxial growth as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-244438 is affected by the plane orientation and cannot be designed into a free shape that is not restricted by the crystal orientation.

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。
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a sensor and a method for manufacturing the same as follows.
1) For the structure of the vibration type differential pressure sensor,
Structure with good controllability of diaphragm thickness that can suppress variations in sensitivity.
A structure that can realize a gap (sub um to several tens of um or more) to prevent diaphragm resonance with sub um accuracy.

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。
2) For the manufacturing method of the vibration type differential pressure sensor,
A method for manufacturing a vibration-type differential pressure sensor independent of the inch size of a wafer.
A method of manufacturing a vibration-type differential pressure sensor that can be manufactured with the same mask even if the diaphragms have different thicknesses.
A method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor having a diaphragm with a uniform sensitivity with little variation in diaphragm thickness.

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。
A method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor capable of producing a narrow gap for suppressing diaphragm resonance.
A manufacturing method of a vibration type differential pressure sensor that is a simple process that does not include a pre-process for completing a vibratory strain gauge element in a process after a grinding and polishing process and a bonding process.

(1)以下の工程を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。(a)センサウエハの素子面に歪ゲージ素子を形成する工程。(b)前記歪ゲージ素子が既に形成されている前記センサウエハの前記素子面にサポートウエハが貼り付けられる貼付工程。(c)研削研磨面が研削研磨されてダイアフラムが形成される研削研磨工程。(d)前記研削研磨面に所定の隙間を有する凹部を形成するパターニング工程。(e)前記研削研磨面と前記ベースウエハとを接合する接合工程。(f)前記素子面から前記サポートウエハを剥離するサポートウエハ剥離工程。
(1) A method for manufacturing a pressure sensor, comprising the following steps. (A) A step of forming a strain gauge element on the element surface of the sensor wafer. (B) An attaching step in which a support wafer is attached to the element surface of the sensor wafer on which the strain gauge element is already formed. (C) Grinding polishing surface is ground and polished by grinding and polishing process diaphragm is formed. (D) A patterning step of forming a recess having a predetermined gap on the ground and polished surface. (E) A joining step for joining the ground and polished surface to the base wafer. (F) A support wafer peeling step of peeling the support wafer from the element surface.

(2)以下の工程を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。(a)センサウエハの素子面に歪ゲージ素子を形成する工程。(b)前記歪ゲージ素子が既に形成されている前記センサウエハの前記素子面にサポートウエハが貼り付けられる貼付工程。(c)研削研磨面が研削研磨されてダイアフラムが形成される研削研磨工程。(d)前記研削研磨面に所定の隙間を有する凹部を形成するパターニング工程。(e)前記研削研磨面とベースウエハとを接合する接合工程。(f)前記素子面から前記サポートウエハを剥離するサポートウエハ剥離工程。
(2) A method for manufacturing a pressure sensor, comprising the following steps. (A) A step of forming a strain gauge element on the element surface of the sensor wafer. (B) An attaching step in which a support wafer is attached to the element surface of the sensor wafer on which the strain gauge element is already formed. (C) Grinding polishing surface is ground and polished by grinding and polishing process diaphragm is formed. (D) A patterning step of forming a recess having a predetermined gap on the ground and polished surface. (E) the grinding polishing surface and the bonding step of bonding the base Suueha. (F) A support wafer peeling step of peeling the support wafer from the element surface.

(3)前記歪ゲージ素子を形成する工程(a)において、前記素子面に金属配線が形成されることを特徴とする()または()に記載の圧力センサの製造方法。 (3) In the step (a) of forming the strain gauge element, a metal wiring is formed on the element surface, wherein the pressure sensor manufacturing method according to ( 1 ) or ( 2 ).

)前記貼付工程(b)において、貼り付け用材料が、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のいずれかであり、貼り付け精度が、ウエハ面内厚みの最小値と最大値の差またはウエハ面内の反りで制御され、前記サポートウエハが、サファイヤ、ガラス、シリコンのいずれかであることを特徴とする(3)または(4)に記載の圧力センサの製造方法。
( 4 ) In the affixing step (b), the affixing material is any one of a thermoplastic adhesive, a chemical solution-type adhesive, a UV adhesive, a double-sided tape, and WAX, and the affixing accuracy is within the wafer surface. The pressure according to (3) or (4), wherein the support wafer is one of sapphire, glass, and silicon, which is controlled by a difference between a minimum value and a maximum value of thickness or warpage in a wafer surface. Sensor manufacturing method.

)前記研削研磨工程(c)の後に洗浄工程を備え、この洗浄工程では、物理洗浄または酸アルカリ洗浄のいずれかを用い、貼り付け用材料の耐熱温度以下で実施し、この貼り付け用材料が薬液耐性を有する薬液を使用し、前記物理洗浄はCO2洗浄または2流体洗浄であることを特徴とする(3)または(4)に記載の圧力センサの製造方法。
( 5 ) A cleaning step is provided after the grinding and polishing step (c). In this cleaning step, either physical cleaning or acid-alkali cleaning is performed at a temperature lower than the heat resistant temperature of the material for bonding, The method for manufacturing a pressure sensor according to (3) or (4), wherein the material is a chemical solution having chemical resistance, and the physical cleaning is CO2 cleaning or two-fluid cleaning.

)前記接合工程(e)において、前記研削研磨面と前記ベースウエハとが、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で接合され、常温直接接合、金属拡散接合およびプラズマ活性化接合のいずれかで接合されることを特徴とする(3)または(4)に記載の圧力センサの製造方法。 ( 6 ) In the joining step (e), the ground and polished surface and the base wafer are joined at a temperature lower than the heat resistance temperature of the material for bonding, and any of room temperature direct joining, metal diffusion joining and plasma activated joining The method for manufacturing a pressure sensor according to (3) or (4), wherein the pressure sensor is joined.

)前記サポートウエハ剥離工程(f)において、前記センサウエハと前記サポートウエハとに熱がかけられ、前記サポートウエハ剥離工程(f)後に、前記素子面がスピン洗浄または薬液浸漬にて洗浄されることを特徴とする(3)または(4)に記載の圧力センサの製造方法。 ( 7 ) In the support wafer peeling step (f), heat is applied to the sensor wafer and the support wafer, and after the support wafer peeling step (f), the element surface is cleaned by spin cleaning or chemical immersion. (3) Or the manufacturing method of the pressure sensor as described in (4) characterized by the above-mentioned.

本発明よれば、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。
The present invention has the following effects.
Since the amount of polishing can be adjusted for each wafer in consideration of individual wafer thickness variations, for example, the diaphragm thickness can be easily controlled with an accuracy of about several um to sub um. Therefore, a vibration type differential pressure sensor that can suppress variation in sensitivity is obtained.
Since different materials are not used for bonding, the bonded portion can achieve a fracture strength equivalent to the strength of the base metal of silicon. Therefore, a vibration type differential pressure sensor having excellent breakdown voltage characteristics can be obtained.

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。
In addition, since thermal distortion due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed, a vibration type differential pressure sensor with good temperature characteristics can be obtained.
An internal residual strain between different types of materials caused by temperature and pressure history is also suppressed, and a vibration type differential pressure sensor capable of realizing a structure without hysteresis is obtained.

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。
For example, a gap of several tens of um or less can be formed between the concave portion of the base substrate and the diaphragm. Therefore, resonance of the diaphragm can be prevented, and a vibration type differential pressure sensor having favorable characteristics such as input / output characteristics can be obtained without restricting the movable range of the diaphragm due to the inclusion of foreign matter.
Since the etching amount when forming the gap in the concave portion of the base substrate is small, a highly accurate vibration type differential pressure sensor with good controllability of the gap can be obtained.

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。
For example, since the shape of the concave portion of the base substrate, for example, several tens of um or less becomes the shape of the diaphragm as it is, compared with the case where the diaphragm is formed by anisotropic etching of deep digging with an alkaline solution from the back surface of the wafer on which the element is formed, Since there is no change in diaphragm size or shape due to the (111) crystal plane, a free shape that is not restricted by crystal orientation, such as a circle, can be produced.
In particular, if etching using plasma is used, the manufacturing process is simplified, and a vibration type differential pressure sensor with reduced cost and uniform sensitivity can be obtained.

本発明よれば、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。
The present invention has the following effects.
Since the amount of polishing can be adjusted for each wafer in consideration of individual wafer thickness variations, for example, the diaphragm thickness can be easily controlled with an accuracy of about several um to sub um. Therefore, a vibration type differential pressure sensor that can suppress variation in sensitivity is obtained.
Since different materials are not used for bonding, the bonded portion can achieve a fracture strength equivalent to the strength of the base metal of silicon. Therefore, a vibration type differential pressure sensor having excellent breakdown voltage characteristics can be obtained.

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。
In addition, since thermal distortion due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed, a vibration type differential pressure sensor with good temperature characteristics can be obtained.
An internal residual strain between different types of materials caused by temperature and pressure history is also suppressed, and a vibration type differential pressure sensor capable of realizing a structure without hysteresis is obtained.

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。
For example, a gap of several tens of um or less can be formed between the recess of the sensor substrate provided on the polishing surface side of the diaphragm and the base substrate. Therefore, resonance of the diaphragm can be prevented, and a vibration type differential pressure sensor having favorable characteristics such as input / output characteristics can be obtained without restricting the movable range of the diaphragm due to the inclusion of foreign matter.
Since the etching amount at the time of forming the gap in the concave portion of the sensor substrate is small, a vibration type differential pressure sensor with high controllability of the high-precision gap can be obtained.

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。
For example, since the shape of the recess of the sensor substrate, for example, several tens of um or less becomes the shape of the diaphragm as it is, compared to the case where the diaphragm is formed by anisotropic etching of deep digging with an alkaline solution from the back surface of the substrate on which the element is formed, Since there is no change in diaphragm size or shape due to the (111) crystal plane, a free shape that is not restricted by crystal orientation, such as a circle, can be produced.
In particular, if isotropic etching using plasma is used, the manufacturing process is simplified, the stress concentration portion around the diaphragm can be rounded, and the breakdown voltage increases. Therefore, a vibration type differential pressure sensor with reduced cost and high sensitivity can be obtained.

本発明よれば、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。
The present invention has the following effects.
Since the thickness of the diaphragm is substantially determined by the grinding and polishing process, a mask that takes into consideration the difference in the shape of the diaphragm depending on the etching depth is not required, unlike deep etching by alkali etching. Also, unlike alkali etching, the same mask is used even when products are manufactured using large wafers (8 inches, 12 inches, etc.) using large wafers (8 inches, 12 inches, etc.) using small wafers (4 inches wafers, etc.). Since the same process as the pattern can be applied, mass production can be transferred efficiently. Therefore, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor that does not depend on the inch size of the wafer can be obtained.

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。
Since the amount of polishing can be adjusted for each wafer in consideration of variations in individual wafer thicknesses, the thickness can be easily controlled with an accuracy of a few um, unlike the depth of deep etching by alkali etching. Therefore, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor capable of manufacturing a diaphragm with uniform sensitivity can be obtained.
Since the gap can be determined by the depth of the concave portion of the base wafer with a small etching amount, for example, a gap from several tens of um to sub um or less can be easily created. Further, since the etching amount is small, the accuracy can be controlled with a high accuracy of about sub um. As a result, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor capable of manufacturing a narrow gap for suppressing diaphragm resonance in a state where controllability is good is obtained.

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。   Diaphragm fabrication processes using room temperature direct bonding or metal diffusion bonding, which can directly bond silicon wafers near room temperature, are lower than the heat resistance temperature of the metal wiring placed on the sensor wafer. Bonding is possible with the metal wiring process of the child strain gauge element completed. In addition, even when the shape and thickness of the diaphragm are changed according to the pressure range, the diaphragm formation using the above-described bonding can be realized by the same process and the same mask without depending on the shape and thickness of the diaphragm.

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。
Lowering the bonding temperature has many other advantages. In general, if a high-temperature process of 800 ° C or higher is performed after creating a transducer-type strain gauge, redistribution of impurity elements, rearrangement of atoms, recrystallization, etc. may cause deterioration of sensor device characteristics. There is.
The diaphragm manufacturing process by the above-described normal temperature direct bonding or metal diffusion bonding can be configured at, for example, 400 degrees or less, so that no silicon creep or thermal strain that adversely affects the characteristics of the differential pressure sensor remains. Therefore, a method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor having good characteristics can be obtained.

本発明よれば、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。
The present invention has the following effects.
Since the thickness of the diaphragm is substantially determined by the grinding and polishing process, a mask that takes into consideration the difference in the shape of the diaphragm depending on the etching depth is not required, unlike deep etching by alkali etching. Also, unlike alkali etching, the same mask pattern is used when products are manufactured with large wafers (8 inches, 12 inches, etc.) using large wafer sizes (8 inches, 12 inches, etc.) using prototype results with small wafers (4 inches, etc.). Because the same process can be applied, mass production can be transferred efficiently. Therefore, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor that does not depend on the inch size of the wafer can be obtained.

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。
Since the amount of polishing can be adjusted for each wafer in consideration of variations in individual wafer thicknesses, the thickness can be easily controlled with an accuracy of a few um, unlike the depth of deep etching by alkali etching. Therefore, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor capable of manufacturing a diaphragm with uniform sensitivity can be obtained.
Since the gap can be determined by the depth of the concave portion of the base wafer with a small etching amount, for example, a gap from several tens of um to sub um or less can be easily created. Further, since the etching amount is small, the accuracy can be controlled with a high accuracy of about sub um. As a result, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor capable of manufacturing a narrow gap for suppressing diaphragm resonance in a state where controllability is good is obtained.

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。   In addition, if isotropic etching using plasma is used, the manufacturing process becomes simple, the stress concentration portion around the diaphragm can be rounded, and the breakdown voltage increases. Therefore, a vibration type differential pressure sensor with reduced cost and high sensitivity can be obtained.

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。   Diaphragm fabrication processes using room temperature direct bonding or metal diffusion bonding, which can directly bond silicon wafers near room temperature, are lower than the heat resistance temperature of the metal wiring placed on the sensor wafer. Bonding is possible with the metal wiring process of the child strain gauge element completed. In addition, even when the shape and thickness of the diaphragm are changed according to the pressure range, the diaphragm formation using the above-described bonding can be realized by the same process and the same mask without depending on the shape and thickness of the diaphragm.

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。
In general, if a high-temperature process of 800 ° C or higher is performed after creating a transducer-type strain gauge, redistribution of impurity elements, rearrangement of atoms, recrystallization, etc. may cause deterioration of sensor device characteristics. There is.
The diaphragm manufacturing process by the above-described normal temperature direct bonding or metal diffusion bonding can be configured at, for example, 400 degrees or less, so that no silicon creep or thermal strain that adversely affects the characteristics of the differential pressure sensor remains. Therefore, a method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor having good characteristics can be obtained.

本発明の一実施例の要部構成説明図である。It is principal part structure explanatory drawing of one Example of this invention. 図1の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of FIG. 図1の製作工程説明図である。It is a manufacturing process explanatory drawing of FIG. 図3のプロセスフローチャート説明図である。It is process flowchart explanatory drawing of FIG. 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。It is principal part structure explanatory drawing of the other Example of this invention. 図5の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of FIG. 図5の製作工程説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the manufacturing process of FIG. 5. 図6のプロセスフローチャート説明図である。It is process flowchart explanatory drawing of FIG. 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。It is principal part structure explanatory drawing of the other Example of this invention. 図9の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of FIG. 図9の製作工程説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of the manufacturing process of FIG. 9. 図11のプロセスフローチャート説明図である。It is process flowchart explanatory drawing of FIG. 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ある。It is principal part structure explanatory drawing of the prior art example generally used conventionally. 図13の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of FIG. 従来より一般に使用されている他の従来例の要部構成説明図である。It is principal part structure explanatory drawing of the other conventional example generally used conventionally. 従来より一般に使用されている他の従来例の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of the other conventional example generally used conventionally. 図16の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of FIG. 図16の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of FIG. 図16の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of FIG. 図16の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of FIG. 図16の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of FIG. 図16の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of FIG. 図16の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of FIG. 従来より一般に使用されている他の従来例の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of the other conventional example generally used conventionally. 従来より一般に使用されている他の従来例の要部製作説明図である。It is principal part manufacture explanatory drawing of the other conventional example generally used conventionally.

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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of the main part configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the main part configuration of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory diagram of the manufacturing process of FIG. is there.

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。   In FIG. 1, the sensor substrate 410 is provided with a vibrator-type strain gauge element 411 on one surface, and the other surface is polished to a thickness corresponding to the diaphragm 412 and is made of silicon. The base substrate 430 is made of silicon having one surface directly bonded to the other surface of the sensor substrate 410.

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。   The concave portion 435 is provided at a joint portion between the base substrate 430 and the sensor substrate 410, substantially forms the diaphragm 412 in the sensor substrate 410, and the movable range of the diaphragm 412 is not limited by contamination of foreign matter, and A predetermined gap is provided for performing a braking action by a fluid 446 described later against the resonance of the diaphragm 412 excited by the vibration of the vibratory strain gauge element 411.

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。   The introduction hole 445 introduces a measurement pressure into the recess 435. The fluid 446 propagates pressure to the recess 435 through the introduction hole 445 and brakes the diaphragm 412.

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。   That is, the vibration-type differential pressure sensor 400 includes a sensor substrate 410 and a base substrate 430. The base substrate 430 is provided with an introduction hole 445 by plasma etching or alkali etching. The shape of this hole may be any hole as long as it is an introduction hole. The vibratory strain gauge element 411 is manufactured on the upper surface 415 of the diaphragm 412.

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。   The thickness 420 of the diaphragm is determined by the thickness of the sensor substrate 410. Therefore, the diaphragm thickness 420 is adjusted by grinding and polishing to a desired thickness. Since the polishing amount can be finely adjusted for each wafer, the thickness of each wafer can be accurately controlled in units of several um. The sensor substrate 410 and the base substrate 430 are silicon, and the substrates are bonded without using an oxide film or other different materials. Therefore, the fracture strength equivalent to the strength of the silicon base material can be realized even at the joint surface. In addition, the vibration type differential pressure sensor 400 having good temperature characteristics can be realized.

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。   The concave portion 435 of the base substrate 430 becomes a gap 435 formed after bonding. The recess 435 is formed by plasma etching, wet etching, or the like. Since this recess 435 does not require deep etching using an alkaline chemical (KOH, TMAH, etc.), a gap of sub um to several tens of um or less can be easily realized with high accuracy. Therefore, it is possible to give a degree of freedom to the design of the gap in consideration of the mixing of foreign matter and the design in consideration of the movable range of the diaphragm 412. The dimension of the diaphragm 412 is the dimension 440 of the concave portion 435 of the base substrate 430.

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。   As specific shapes, as shown in FIG. 2, a quadrangle 460, a circle 465, a polygon 470, and the like are conceivable. Since the concave portion 435 of the base substrate 430 is a narrow gap of sub um to several tens of um or less, unlike the method of forming a diaphragm using an alkaline chemical solution (KOH, TMAH, etc.), the substrate surface due to the etching surface There is no restriction on the size of the inward direction. Therefore, the shape can be freely designed without being limited by the crystal orientation of the diaphragm.

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。   In the above configuration, FIG. 3 is a production process explanatory diagram of FIG. 1, and FIG. 4 is a process flowchart explanatory diagram of FIG. (a)-(g) shows the same process in FIG.3 and FIG.4. FIG. 3A shows a manufacturing process of the sensor wafer 510.

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。   A sensor-type strain gauge element 411 is arranged on one surface of the sensor wafer 510 that has undergone this process, and the formation of the vibrator-type strain gauge element 411 and the metal wiring are already completed. That is, the processing of the surface on which the vibratory strain gauge element 411 is arranged has already been completed, and there is no need for processing in the subsequent steps. Since the transducer-type strain gauge element 411 is small and cannot be displayed, the arrangement area of the transducer-type strain gauge element 411 is indicated by hatching different from that of the sensor wafer 510.

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。
FIG. 3B shows a sensor wafer attaching process.
The element surface of the sensor wafer 510 and the support wafer 521 are attached using the attaching material 522. Here, the pasting material 522 is a thermoplastic adhesive, a chemical solution-dissolving adhesive, a UV adhesive, a double-sided tape, WAX or the like. Since the pasting accuracy affects variations in the thickness of subsequent grinding and polishing, it is necessary to control TTV (total thickness variation, the difference between the minimum value and the re-maximum value of the wafer surface thickness) and warpage. A material such as sapphire, glass, or silicon is used for the support wafer 521. Further, the shape of the support wafer is not particularly limited.

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。
FIG. 3C shows a sensor wafer back surface grinding / polishing step.
A surface 531 opposite to the vibratory strain gauge element 411 of the sensor wafer 510 attached to the support wafer 521 is thinned to a desired thickness by grinding and polishing. At this time, it is necessary to carry out polishing until there is no crushed layer or grinding mark during grinding.

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。   On the thinned sensor wafer 510, the uneven pattern of the vibratory strain gauge element 411 appears as an uneven pattern on the ground surface after grinding. Since the unevenness of the ground and polished surface generates an unbonded portion at the time of bonding or generates a bonding strain in the sensor, it is preferable that the unevenness of the element surface of the sensor wafer 510 is as flat as possible. When the sensor wafer 510 is ground and polished to 100 μm or less, if the wafer is handled alone, the wafer is easily broken, but with the support wafer 521 attached, the sensor wafer 510 of several tens of μm or less can also be handled.

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。 After grinding and polishing, it is desirable to carry out a cleaning process (not shown) in order to improve the cleanliness of the ground and polished surface. The cleaning process may be physical cleaning (CO 2 cleaning, two-fluid cleaning), acid-alkali cleaning, etc., but it must be performed at a temperature lower than the heat resistance temperature of the material for attachment, and it is necessary to use a chemical solution that has chemical resistance. is there.

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。
FIG. 3D shows a base wafer manufacturing process.
A pressure introduction hole 541 and a recess 542 are formed in the base wafer 540. The base wafer 540 may use any technique as long as it can form the pressure introducing hole 541 such as plasma etching and wet etching. Further, this hole may have any shape as long as it is an introduction hole. Similarly, the concave portion 542 is formed using plasma etching, wet etching, or the like.

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。
FIG. 3E shows a wafer direct bonding process.
The base wafer 540 in which the pressure introducing hole 541 and the concave portion 542 are manufactured and the ground and polished sensor wafer 510 attached to the support wafer 521 are bonded.
At that time, it is necessary to bond the base wafer 540 and the sensor wafer 510 with the bonding material having a temperature lower than the heat resistant temperature.

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。   Specifically, the upper limit temperature is about 100 to 200 ° C. for an adhesive and about 150 ° C. for a double-sided tape. Further, from the viewpoint of simplifying the process, it is desirable that the ground and polished surface be bonded in a state where the film formation and the modification process are not performed. Joining satisfying such conditions includes room temperature direct joining and metal diffusion joining.

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。   In the room temperature direct bonding, the surface of the wafer is etched with an ion gun or an FAB (fast atom beam) gun to increase the activity, and then the wafer is bonded in a high vacuum. The feature of this technique is that bonding is possible at room temperature and the surface is suitable for bonding silicon to each other. Since the gas emitted from the bonding material reattaches to the surface and causes a significant drop in the bonding force, it is necessary to select a material that does not have any gas to be bonded.

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。   Metal diffusion bonding is a technique in which metal is attached to the surface of a substrate at the atomic layer level instead of increasing the surface activity by etching at room temperature direct bonding. Bonding is performed under high vacuum in the same way as normal temperature direct bonding. In this joining, since the dissimilar materials are only very thin and attached at the atomic layer level, they can be joined without deteriorating the characteristics of the differential pressure sensor.

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。 As a bonding technique at a low temperature, there is plasma activated bonding in addition to the technique described above. Plasma activated bonding is performed with a plasma using a gas such as Ar, N 2 , O 2, and the like, in a state where OH groups are arranged on the surfaces. The bonding strength is increased by annealing. In this technology, moisture generated during bonding causes voids, but in structures like diaphragms where the bonding area is small, moisture can be released from the bonding interface, and even when silicon is bonded, there is no void. Can be realized.

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。   FIG. 3F shows a support wafer peeling process. The sensor wafer 510 and the base wafer 540 directly bonded after being thinly polished are separated from the support wafer 521. The method of peeling from the support wafer 521 differs depending on the adhesive used. For example, a thermoplastic adhesive is peeled off by sliding in a state where temperature is applied. In addition, the heat-releasable double-sided tape can be easily peeled off simply by applying heat. Although not shown, after peeling, it is desirable to clean the sensor element surface by spin cleaning, chemical immersion, or the like in order to remove the residue of the bonding material.

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。
FIG. 3G shows a dicing process.
As a final wafer process, dicing is performed on the bonded wafer 560 from which the support wafer 521 has been peeled off after bonding. Thereby, the vibration type differential pressure sensor 400 is completed.

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。   As a result, since the thickness of the diaphragm 412 is adjusted by the amount of grinding and polishing, the thickness can be finely adjusted for each wafer. For example, the diaphragm thickness can be easily controlled with an accuracy of about several um to sub um. Therefore, a vibration type differential pressure sensor that can suppress variation in sensitivity is obtained. Since different materials are not used for bonding, the bonded portion can achieve a fracture strength equivalent to the strength of the base metal of silicon. Therefore, a vibration type differential pressure sensor having excellent breakdown voltage characteristics can be obtained.

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。   In addition, since thermal distortion due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed, a vibration type differential pressure sensor with good temperature characteristics can be obtained. An internal residual strain between different types of materials caused by temperature and pressure history is also suppressed, and a vibration type differential pressure sensor capable of realizing a structure without hysteresis is obtained.

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。   Since the gap can be determined by the depth of the concave portion of the base substrate 540, a gap of, for example, several tens of um or less can be formed between the concave portion 435 of the base substrate and the diaphragm 412. Therefore, resonance of the diaphragm 412 can be prevented, and a vibration type differential pressure sensor with favorable characteristics such as input / output characteristics can be obtained without restricting the movable range of the diaphragm due to the inclusion of foreign matter.

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。   The shape of the concave portion of the base substrate 430, for example, of several tens of um or less becomes the shape of the diaphragm 412 as it is, and therefore, by anisotropic etching of deep trenches with an alkaline solution from the back surface of the wafer on which the vibratory strain gauge element 411 is formed. Compared to the case where a diaphragm is formed, there is no change in the diaphragm size or shape due to the (111) crystal plane, so that a free shape such as a circle that is not restricted by crystal orientation can be produced. In particular, if etching using plasma is used, the manufacturing process is simplified, and a vibration type differential pressure sensor with reduced cost and uniform sensitivity can be obtained.

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。   In addition, since the thickness of the diaphragm 412 is substantially determined by the grinding and polishing process, there is provided a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor that eliminates the need for a mask that takes into consideration the difference in the shape of the diaphragm depending on the depth of etching unlike deep etching by alkali etching. can get. Unlike alkaline etching, the same mask pattern is the same even if the product is produced on a large wafer (8 inches, 12 inches, etc.) using a prototype of a small wafer (4 inches, etc.). Since the process can be applied, the transition to mass production can be performed efficiently.

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。
Therefore, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor that does not depend on the inch size of the wafer can be obtained.
Similarly, in response to a request to change the shape and thickness of the diaphragm 412 in accordance with the pressure range, the diaphragm formation using the above-described bonding does not depend on the shape and thickness of the diaphragm 412 and uses the same process with the same mask. realizable.

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。   Since the diaphragm manufacturing process including the direct bonding at normal temperature or the metal diffusion bonding for directly bonding silicon wafers is a process lower than the heat resistance temperature of the metal wiring arranged on the sensor wafer 510, first, the vibrator-type distortion Bonding is possible after the metal wiring process of the gauge element is completed.

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。   In addition, since the diaphragm manufacturing process including room temperature direct bonding or metal diffusion bonding can be configured at, for example, 400 degrees or less, silicon creep or thermal strain that affects the characteristics of the differential pressure sensor does not remain. Therefore, a method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor having good characteristics can be obtained.

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。   FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the main part of another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the main part of FIG. 5, FIG. 7 is an explanatory diagram of the manufacturing process of FIG. FIG. In FIG. 5, a sensor substrate 610 is provided with a transducer-type strain gauge element 611 on one surface, and the other surface is polished to a thickness corresponding to a diaphragm 612, and then a recess 635 is formed, which is made of silicon.

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。   Base substrate 630 is made of silicon having one surface directly bonded to the other surface of sensor substrate 610. The concave portion 635 is provided in the sensor substrate 610 at the joint portion with the base substrate 630, and substantially forms the diaphragm 612 in the sensor substrate 610, and the movable range of the diaphragm 612 due to the mixing of foreign matters is not limited, and vibration is generated. The diaphragm 612 is excited by the vibration of the child strain gauge element 611 and has a predetermined gap for performing a braking action by a fluid 646 described later.

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。   The introduction hole 645 introduces a measurement pressure into the recess 635. The fluid 646 propagates pressure to the recess 635 through the introduction hole 645 and brakes the diaphragm 612.

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。   That is, the vibration type differential pressure sensor 600 includes a sensor substrate 610 and a base substrate 630. The base substrate 630 is provided with an introduction hole 645 by plasma etching or alkali etching. The shape of this hole may be any hole as long as it is an introduction hole. The vibratory strain gauge element 611 is manufactured on the upper surface 615 of the diaphragm 612.

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。   The thickness 620 of the diaphragm is determined by a value obtained by subtracting the etching amount of the recess 635 on the back surface of the sensor substrate 610 from the thickness of the sensor substrate 610. Therefore, the thickness accuracy of the diaphragm 612 is expressed by the sum of the accuracy of several um of grinding and polishing and the accuracy of the sub-um of etching, and as a result, has a processing accuracy of several um.

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。   The sensor substrate 610 and the base substrate 630 are made of silicon, and the substrates are bonded without using an oxide film or other different materials. Therefore, the fracture strength equivalent to the strength of the silicon base material can be realized even at the joint surface. In addition, a sensor having good temperature characteristics can be realized.

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。   Further, the stress concentration of the diaphragm 612 can be dispersed by applying isotropic etching to the recess 635 of the sensor substrate 610 and adding a roundness 650. As a result, the breakdown voltage of the sensor increases. A gap is formed after the concave portion 635 of the sensor substrate is joined to the base substrate 630. The recess 635 is formed by plasma etching, wet etching, or the like.

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。   Since this recess 635 does not need to be deep etched using an alkaline chemical (KOH, TMAH, etc.), a gap of sub um to several tens of um or less can be easily realized with high accuracy. Therefore, it is possible to give a degree of freedom to the design of the gap in consideration of the mixing of foreign matter and the design in consideration of the movable range of the diaphragm 612. The dimension of the diaphragm 612 is determined by the dimension 640 of the concave portion 635 of the sensor substrate 610.

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。   As specific shapes, as shown in FIG. 6, a quadrangle 660, a circle 665, a polygon 670, and the like are conceivable. Since the concave portion 635 of the sensor substrate 610 is a narrow gap of sub um to several tens of um or less, unlike the method of forming a diaphragm by deep etching using an alkaline chemical (KOH, TMAH, etc.), the substrate surface due to the etching surface There is no restriction on the size of the inward direction. Therefore, the shape can be freely designed without being limited by the crystal orientation of the diaphragm.

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。   In the above configuration, FIG. 7 is a production process explanatory diagram of FIG. 5, and FIG. 8 is a process flowchart explanatory diagram of FIG. (a)-(h) shows the same process in FIG.7 and FIG.8.

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。
FIG. 7A shows a manufacturing process of the sensor wafer 710.
The sensor wafer 710 that has undergone this process has a vibratory strain gauge 611 disposed on one surface of the sensor wafer 710, and the vibratory strain gauge element 611 is formed and the metal wiring is already completed. In other words, the processing of the surface on which the vibratory strain gauge element 611 is arranged has already been completed, and there is no need for processing in the subsequent steps.

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。
FIG. 7B shows a process for attaching the sensor wafer 710.
The element surface of the sensor wafer 710 and the support wafer 721 are attached using the attaching material 722. Here, the pasting material 722 is a thermoplastic adhesive, a chemical solution-dissolving adhesive, a UV adhesive, a double-sided tape, WAX or the like.

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。   Since the pasting accuracy affects variations in the thickness of subsequent grinding and polishing, it is necessary to control TTV (total thickness variation, the difference between the minimum value and the re-maximum value of the wafer surface thickness) and warpage. A material such as sapphire, glass, or silicon is used for the support wafer 721. Further, the shape of the support wafer 721 is not particularly limited.

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。
FIG. 7C shows a sensor wafer back surface grinding / polishing step.
A surface 731 opposite to the vibratory strain gauge element 611 of the sensor wafer 710 attached to the support wafer 721 is thinned to a desired thickness by grinding and polishing. At this time, it is necessary to carry out polishing until there is no crushed layer or grinding mark during grinding.

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。
Further, on the thinned wafer 710, the concave / convex pattern of the vibrator-type strain gauge element 611 appears as a concave / convex pattern on the ground / polished surface after grinding / polishing. Since the unevenness of the ground surface of the grinding causes unbonded portions to be formed in the bonded portions or causes bonding distortion in the sensor, the unevenness of the element surfaces of the sensor wafer 710 is preferably as flat as possible.
When grinding and polishing the sensor wafer 710 to 100 μm or less, the wafer is easily broken if it is handled as a single wafer. However, with the support wafer 721 attached, the sensor wafer 710 of several tens of μm or less can be handled.

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。 After grinding and polishing, it is desirable to carry out a cleaning process (not shown) in order to improve the cleanliness of the ground and polished surface. The cleaning process may be physical cleaning (CO 2 cleaning, two-fluid cleaning), acid-alkali cleaning, or the like, but it is performed at a temperature below the temperature at which the pasting material is thermally decomposed, and this material uses a chemical solution with chemical resistance. There is a need.

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。
FIG. 7D shows a sensor wafer back surface pattern forming process.
An opening is provided on the ground and polished surface by photolithography using a resist, and the opening is etched by a technique such as dry etching. After etching, the resist wafer is removed to form the recess 742 of the sensor wafer.

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。
FIG. 7E shows a base wafer manufacturing process.
A pressure introducing hole 741 is formed in the base wafer 740. Any method may be used for the pressure introduction hole 741 as long as the pressure introduction hole can be formed, such as plasma etching and wet etching. Further, this hole may have any shape as long as it is an introduction hole.

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。
FIG. 7F shows a wafer direct bonding process.
The base wafer 740 having the pressure introducing hole 741 and the sensor wafer 710 having the recess 742 are bonded. At that time, it is necessary to bond the base wafer and the sensor wafer below the heat-resistant temperature of the bonding material.

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。   Specifically, the upper limit temperature is about 100 to 200 ° C. for an adhesive and about 150 ° C. for a double-sided tape. Further, from the viewpoint of simplifying the process, it is desirable that the ground and polished surface be bonded in a state where the film formation and the modification process are not performed. Joining satisfying such conditions includes room temperature direct joining and metal diffusion joining.

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。   In the room temperature direct bonding, the surface of the wafer is etched with an ion gun or an FAB (fast atom beam) gun to increase the activity, and then the wafer is bonded in a high vacuum. The feature of this technique is that bonding is possible at room temperature and the surface is suitable for bonding silicon to each other. Since the gas emitted from the bonding material reattaches to the surface and causes a significant drop in the bonding force, it is necessary to select the bonding material that does not have any gas emitted.

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。   Metal diffusion bonding is a technique in which metal is attached to the surface of a substrate at the atomic layer level instead of increasing the surface activity by etching at room temperature direct bonding. Bonding is performed under high vacuum in the same way as normal temperature direct bonding. In this joining, since the dissimilar materials are only very thin and attached at the atomic layer level, they can be joined without deteriorating the characteristics of the differential pressure sensor.

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。
As a bonding technique at a low temperature, there is plasma activated bonding in addition to the technique described above.
Plasma activated bonding is performed with a plasma using a gas such as Ar, N 2 , O 2 and the like, with OH groups arranged on the surfaces, and after temporary bonding (simply pasting) the surfaces to each other at a temperature of about 400 ° C. This is a technique for increasing the bonding strength by annealing. In this technology, moisture generated due to OH groups at the time of bonding causes voids. However, in a structure like a diaphragm with a small bonding area, moisture can be released from the bonding interface, resulting in good bonding without voids. it can.

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。
FIG. 7G shows a support wafer peeling process.
The sensor wafer and the base wafer bonded directly after being thinly polished are separated from the support wafer. The method of peeling from the support wafer differs depending on the adhesive used. For example, a thermoplastic adhesive is peeled off by sliding in a state where temperature is applied.

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。   In addition, the heat-releasable double-sided tape can be easily peeled off simply by applying heat. Although not shown, after peeling, it is desirable to clean the sensor element surface by spin cleaning, chemical immersion, or the like in order to remove the residue of the bonding material.

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。
FIG. 7H shows a dicing process.
As a final wafer process, dicing is performed on the bonded wafer 760 from which the support wafer has been peeled off after bonding. Thereby, the vibration type differential pressure sensor 600 is completed.

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。   As a result, since the thickness of the diaphragm 612 is adjusted by fine adjustment of the grinding / polishing amount for each wafer and dry etching, for example, the diaphragm thickness can be easily controlled with an accuracy of about several um to sub um. Therefore, a vibration type differential pressure sensor that can suppress variations in sensitivity can be obtained.

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。   Since different materials are not used for bonding, the bonded portion can achieve a fracture strength equivalent to the strength of the base metal of silicon. Therefore, a vibration type differential pressure sensor having excellent breakdown voltage characteristics can be obtained. In addition, since thermal distortion due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed, a vibration type differential pressure sensor with good temperature characteristics can be obtained.

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。   An internal residual strain between different types of materials caused by temperature and pressure history is also suppressed, and a vibration type differential pressure sensor capable of realizing a structure without hysteresis is obtained.

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。   Since the gap can be determined by the depth of the concave portion of the sensor substrate, the thickness of the diaphragm can be easily controlled between the concave portion 635 of the sensor substrate and the base substrate with an accuracy of about several tens of um to sub um. Further, since the etching amount is small, the accuracy can be controlled with a high accuracy of about sub um. As a result, the resonance of the diaphragm 612 can be prevented, and the movable range of the diaphragm is not limited by the inclusion of foreign matter, so that a vibration-type differential pressure sensor with favorable characteristics such as input / output characteristics can be obtained.

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。
In addition, if isotropic etching using plasma is used, the manufacturing process becomes simple, the stress concentration portion around the diaphragm can be rounded, and the breakdown voltage increases.
Therefore, a vibration type differential pressure sensor with reduced cost and high sensitivity can be obtained.

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。   For example, the shape of the recess 635 of several tens of um or less of the sensor substrate 610 becomes the shape of the diaphragm 612 as it is. Compared to the case where a diaphragm is formed, there is no change in the diaphragm size and shape due to the (111) crystal plane, so that a free shape such as a circle that is not restricted by the crystal orientation can be produced.

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。   In particular, if isotropic etching using plasma is used, the manufacturing process is simplified, the stress concentration portion around the diaphragm can be rounded, and the breakdown voltage increases. Therefore, a vibration type differential pressure sensor with reduced cost and high sensitivity can be obtained.

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。   Moreover, since the diaphragm thickness can be determined by grinding and polishing and plasma etching, a method of manufacturing a vibration type differential pressure sensor that eliminates the need for a mask that takes into consideration the difference in the shape of the diaphragm depending on the etching depth is obtained unlike the deep etching by alkali etching. .

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。   In other words, unlike alkaline etching, the same mask is used even when a product with a large inch size wafer (8 inches, 12 inches, etc.) is produced using a prototype result with a small inch size wafer (4 inches wafer, etc.). Since the same process as the pattern can be applied, the shift to mass production can be performed efficiently.

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。
Therefore, a method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor independent of the inch size can be obtained.
Similarly, to meet the demand for changing the shape and thickness of the diaphragm according to the pressure range, the above-described diaphragm forming method using bonding is realized by the same mask and the same process regardless of the shape and thickness of the diaphragm. it can.

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。
Since the diaphragm manufacturing process including the room temperature direct bonding or the metal diffusion bonding for directly connecting the silicon wafers is a process lower than the heat resistance temperature of the metal wiring disposed on the sensor wafer 710, the vibratory strain gauge element 611 is used. Bonding is possible with the metal wiring process completed.
Since the diaphragm manufacturing process including room temperature direct bonding or metal diffusion bonding can be configured at, for example, 400 degrees or less, silicon creep or thermal strain that affects the characteristics of the differential pressure sensor does not remain. Therefore, a method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor having good characteristics can be obtained.

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。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the main part configuration of another embodiment of the present invention, FIG. 10 is an explanatory diagram of the main part configuration of FIG. 9, FIG. 11 is an explanatory diagram of the manufacturing process of FIG. FIG.
It is.

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。
FIG. 9 shows a structure 800 of a vibration type differential pressure sensor.
The vibration type differential pressure sensor 800 includes a sensor substrate 810 and a base substrate 830. The base substrate 830 is provided with an introduction hole 845 by plasma etching and alkali etching. The shape of this hole may be any hole as long as it is an introduction hole. The vibrator-type strain gauge element 811 is manufactured on the upper surface 815 of the diaphragm.

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。   The thickness of the diaphragm is determined by the thickness of the sensor substrate 810. Therefore, the diaphragm thickness 820 is adjusted by grinding and polishing to a desired thickness. Since the amount of grinding / polishing can be finely adjusted for each wafer, the thickness of each wafer can be accurately controlled in units of several um.

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。   The sensor substrate 810 and the base substrate 830 are made of silicon, and the wafers are bonded without using an oxide film or other different materials. Therefore, the fracture strength equivalent to the strength of the silicon base material can be realized even at the joint surface. In addition, a sensor having good temperature characteristics can be realized.

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。   A recess 835 of the base substrate 830 is provided as a gap formed after bonding. The gap is formed by plasma etching, wet etching, or the like. Since this gap does not require deep etching using an alkaline chemical (KOH, TMAH, etc.), a gap of sub um to several tens of um or less can be realized with high accuracy. Therefore, it is possible to give a degree of freedom to the design of the gap in consideration of mixing of foreign matters and the design in consideration of the movable range of the diaphragm 812.

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。
The dimension of the diaphragm 812 is determined by the dimension 840 of the concave portion of the base substrate 830.
As specific shapes, as shown in FIG. 10, a quadrangle 860, a circle 865, a polygon 870, and the like are conceivable. Since the concave portion 835 portion of the base substrate 830 is a narrow gap of sub um to several tens of um or less, unlike a method of forming a diaphragm using an alkaline chemical solution (KOH, TMAH, etc.), a mask pattern depending on the etching plane orientation There are no shape restrictions.

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。   Therefore, the shape can be freely designed without being limited by the crystal orientation of the diaphragm. Further, the ring-shaped roundness 850 formed on the sensor substrate 810 can alleviate the stress concentration on the diaphragm, so that the breakdown voltage can be improved.

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。   In the above configuration, FIG. 11 shows a schematic diagram of the process, and FIG. 12 shows a process flowchart.

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。
FIG. 11A shows a manufacturing process of the sensor wafer 910.
The sensor wafer 910 that has undergone this process is a wafer in which the transducer-type strain gauge element 811 is arranged on one surface 911 of the sensor wafer 910, and the formation of the transducer-type strain gauge element 811 and the metal wiring are already completed. That is, the processing of the surface 911 on which the vibratory strain gauge element 811 is arranged has already been completed, and there is no need for processing in the subsequent steps.

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。
FIG. 11B shows a process for attaching the sensor wafer 910.
The element surface of the sensor wafer 910 and the support wafer 921 are attached using the attaching material 922. Here, the pasting material 922 is a thermoplastic adhesive, a chemical solution-soluble adhesive, a UV adhesive, a double-sided tape, WAX, or the like.

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。   Since the pasting accuracy affects variations in the thickness of subsequent grinding and polishing, it is necessary to control TTV (total thickness variation, the difference between the minimum value and the re-maximum value of the wafer surface thickness) and warpage. A material such as sapphire, glass, or silicon is used for the support wafer 921. Further, the shape of the support wafer is not particularly limited.

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。
FIG. 11C shows a sensor wafer back surface grinding / polishing step.
The surface 931 opposite to the vibratory strain gauge element 811 of the sensor wafer 910 attached to the support wafer 921 is thinned to a desired thickness by grinding and polishing. At this time, it is necessary to carry out polishing until there is no crushed layer or grinding mark during grinding.

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。   In the thinned sensor wafer 910, the uneven pattern of the vibrator-type strain gauge element 811 appears as an unevenness and pattern on the ground surface after grinding. Since the unevenness of the ground surface of the grinding causes an unbonded portion to be formed in the bonded portion or causes bonding distortion in the sensor, the unevenness of the element surface of the sensor wafer 910 should be as flat as possible. When the sensor wafer 910 is ground and polished to 100 μm or less, the wafer is easily broken if it is handled as a single wafer. However, with the support wafer 921 attached, it is possible to handle even a wafer of several tens of μm or less.

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。 After grinding and polishing, it is desirable to carry out a cleaning process (not shown) in order to improve the cleanliness of the ground and polished surface. The cleaning process may be physical cleaning (CO 2 cleaning, two-fluid cleaning), acid-alkali cleaning, etc., but it must be performed at a temperature lower than the heat resistance temperature of the material for attachment, and it is necessary to use a chemical solution that has chemical resistance. is there.

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。
FIG. 11D shows a sensor wafer back surface pattern forming process.
An opening is provided on the ground and polished surface by photolithography using a resist, and the opening is etched by a technique such as dry etching. After the etching, the resist is removed to form a rounded portion 932 of the sensor wafer.

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エットエッチング等、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エットエッチング等を用いて形成する。
FIG. 11E shows a base wafer manufacturing process.
A pressure introduction hole 941 and a recess 942 are formed in the base wafer 940. For the base wafer 940, any technique such as plasma etching and wet etching can be used as long as the pressure introduction hole can be formed. Further, this hole may have any shape as long as it is an introduction hole. Similarly, the concave portion 942 is formed using plasma etching, wet etching, or the like.

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。
FIG. 11 (f) shows a wafer direct bonding process.
The base wafer 940 having the pressure introducing hole 941 and the concave portion 942 and the sensor wafer 910 having the rounded portion 932 are bonded. At that time, it is necessary to bond the base wafer 940 and the sensor wafer 910 below the heat resistant temperature of the bonding material.

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。   Specifically, the upper limit temperature is about 100 to 200 ° C. for an adhesive and about 150 ° C. for a double-sided tape. Further, from the viewpoint of simplifying the process, it is desirable that the ground and polished surface be bonded in a state where the film formation and the modification process are not performed. Joining satisfying such conditions includes room temperature direct joining and metal diffusion joining.

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。   In the room temperature direct bonding, the surface of the wafer is etched with an ion gun or an FAB (fast atom beam) gun to increase the activity, and then the wafer is bonded in a high vacuum. The feature of this technique is that bonding is possible at room temperature and the surface is suitable for bonding silicon to each other. Since the gas emitted from the bonding material is reattached to the surface and causes a significant drop in the bonding force, it is necessary to select a gas that does not generate the bonding material.

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。
Metal diffusion bonding is a technique in which metal is attached to the surface of a substrate at the atomic layer level instead of increasing the surface activity by etching at room temperature direct bonding.
Bonding is performed under high vacuum in the same way as normal temperature direct bonding. In this joining, since different materials are only very thin and attached at the atomic layer level, joining can be performed without deteriorating the characteristics of the differential pressure sensor.

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。
As a bonding technique at a low temperature, there is plasma activated bonding in addition to the technique described above.
Plasma activated bonding is performed with a plasma using a gas such as Ar, N 2 , O 2, and the like, in a state where OH groups are arranged on the surfaces. The bonding strength is increased by annealing. In this technique, moisture generated due to OH groups causes voids. However, in a structure like a diaphragm having a small bonding area, moisture can be released from the bonding interface, and good bonding without voids can be realized.

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。
FIG. 11G shows a peeling process of the support wafer 921.
The sensor wafer 910 and the base wafer 940 that are directly bonded after being thinly polished are separated from the support wafer 921. The method of peeling from the support wafer 921 differs depending on the adhesive used. For example, a thermoplastic adhesive is peeled off by sliding in a state where temperature is applied.

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。   In addition, the heat-releasable double-sided tape can be easily peeled off simply by applying heat. Although not shown, after peeling, it is desirable to clean the sensor element surface by spin cleaning, chemical immersion, or the like in order to remove the residue of the bonding material.

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。
FIG. 11H shows a dicing process.
As a final wafer process, dicing is performed on the bonded wafer 960 from which the support wafer 921 has been peeled off after bonding. Thereby, the vibration type differential pressure sensor 800 is completed.

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。   As a result, the embodiment in FIG. 9 can realize a structure that further suppresses the stress concentration on the diaphragm 812 without reducing the effect of the embodiment in FIG.

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。
The present invention has the following effects.
Since the thickness of the diaphragm 812 can be adjusted by grinding and polishing before joining, for example, the thickness of the diaphragm 812 can be easily controlled with an accuracy of about several um to sub um. Therefore, a vibration type differential pressure sensor that can suppress variation in sensitivity is obtained.

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。   Since different materials are not used for bonding, the bonded portion can achieve a fracture strength equivalent to the strength of the base metal of silicon. Therefore, a vibration type differential pressure sensor having excellent breakdown voltage characteristics can be obtained. In addition, since thermal distortion due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed, a vibration type differential pressure sensor with good temperature characteristics can be obtained.

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。   An internal residual strain between different types of materials caused by temperature and pressure history is also suppressed, and a vibration type differential pressure sensor capable of realizing a structure without hysteresis is obtained. Since the gap can be determined by the depth of the recess 942 of the base wafer, a gap of, for example, several tens of um to sub um or less can be formed between the recess 835 of the base substrate and the diaphragm 812. Further, since the etching amount is small, the accuracy can be controlled with a high accuracy of about sub um.

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。
As a result, the resonance of the diaphragm 812 can be prevented, and the movable range of the diaphragm is not limited due to foreign matter mixing in, so that a vibration type differential pressure sensor with excellent characteristics such as input / output characteristics can be obtained. In addition, if isotropic etching using plasma is used, the manufacturing process becomes simple, the stress concentration portion around the diaphragm can be rounded, and the breakdown voltage increases.
Therefore, a vibration type differential pressure sensor with reduced cost and high sensitivity can be obtained.

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ェハー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。   For example, the shape of the recess 835 of several tens of um or less in the base substrate 830 becomes the shape of the diaphragm 812 as it is. Since there is no change in the diaphragm size or shape due to the (111) crystal plane, a free shape that is not restricted by the crystal orientation, such as a circle, can be produced.

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。   In particular, if isotropic etching using plasma is used, the manufacturing process becomes simple, a cost can be reduced, and a vibration type differential pressure sensor with high sensitivity can be obtained.

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。   In addition, since the thickness of the diaphragm 812 is determined by grinding and polishing, a mask that takes into consideration the difference in the shape of the diaphragm depending on the etching depth is not required unlike deep etching by alkali etching.

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。
In other words, unlike alkaline etching, the same mask is used even when a product with a large inch size wafer (8 inches, 12 inches, etc.) is produced using a prototype result with a small inch size wafer (4 inches wafer, etc.). Since the same process as the pattern can be applied, the shift to mass production can be performed efficiently. Therefore, a method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor independent of the inch size can be obtained.
Similarly, in response to a request to change the shape and thickness of the diaphragm 812 according to the pressure range, the diaphragm formation using the above-described room temperature direct bonding or metal diffusion bonding or the like depends on the shape and thickness of the diaphragm 812. It can be realized by the same process with the same mask.

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。   Since the manufacturing process of the diaphragm 812 including room temperature direct bonding or metal diffusion bonding for directly bonding silicon wafers is lower than the resistance temperature of the metal wiring disposed on the sensor wafer 910, the vibratory strain gauge Bonding is possible with the metal wiring process of the element completed.

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。   In addition, since the diaphragm manufacturing process including room temperature direct bonding or metal diffusion bonding can be configured at, for example, 400 degrees or less, silicon creep or thermal strain that affects the characteristics of the differential pressure sensor does not remain. Therefore, a method for manufacturing a vibration type differential pressure sensor having good characteristics can be obtained.

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。   The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.

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
101 Monocrystalline silicon wafer 102 Diaphragm 400 Vibration type differential pressure sensor 410 Sensor substrate 411 Vibrating strain gauge element 412 Diaphragm 415 Upper surface 420 Diaphragm thickness 430 Base substrate 435 Concave portion 440 Concave portion size 445 Introduction hole 446 Fluid 460 Square 465 Circular 470 Polygon 510 Sensor wafer 521 Support wafer 522 Pasting material 531 Opposite surface 540 Base wafer 541 Pressure introduction hole 542 Recess 560 Bonded wafer 600 from which the port wafer is peeled Vibration type differential pressure sensor 610 Sensor substrate 611 Oscillator type Strain gauge element 612 Diaphragm 615 Upper surface 620 Diaphragm thickness 630 Base substrate 635 Recess 640 Size of recess 645 Introduction hole 646 Fluid 650 Round 660 Square 665 Yen 670 Polygon 710 Sensor wafer 721 Support wafer 722 Adhesive material 731 Opposite surface 740 Base wafer 741 Pressure introduction hole 742 Concave 760 Bonded wafer with peeled port wafer 800 Vibration type differential pressure sensor 810 Sensor substrate 811 Oscillator distortion Gauge element 812 Diaphragm 815 Upper surface 820 Diaphragm thickness 830 Base substrate 835 Recess 840 Size of recess 845 Introduction hole 846 Fluid 850 Round 860 Square 865 Circular 870 Polygon 910 Sensor wafer 921 Support wafer 922 Adhesive material 931 Opposite surface 932 Roundness 940 Base wafer 941 Pressure introduction hole 942 Recess 960 Bonded wafer with the port wafer peeled off

Claims (7)

以下の工程を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
(a)センサウエハの一方の素子面に歪ゲージ素子を形成する工程。
(b)前記歪ゲージ素子が既に形成されている前記センサウエハの前記素子面にサポートウエハが貼り付けられる貼付工程。
(c)研削研磨面が研削研磨されてダイアフラムが形成される研削研磨工程。
(d)ベースウエハの一方の面に所定の隙間を有する凹部を形成する凹部形成工程。
(e)前記研削研磨面と前記ベースウエハの一方の面とを接合する接合工程。
(f)前記素子面から前記サポートウエハを剥離するサポートウエハ剥離工程。
A pressure sensor manufacturing method comprising the following steps.
(A) A step of forming a strain gauge element on one element surface of the sensor wafer.
(B) An attaching step in which a support wafer is attached to the element surface of the sensor wafer on which the strain gauge element is already formed.
(C) Grinding polishing surface is ground and polished by grinding and polishing process diaphragm is formed.
(D) A recess forming step of forming a recess having a predetermined gap on one surface of the base wafer.
(E) A bonding step of bonding the ground and polished surface and one surface of the base wafer.
(F) A support wafer peeling step of peeling the support wafer from the element surface.
以下の工程を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
(a)センサウエハの素子面に歪ゲージ素子を形成する工程。
(b)前記歪ゲージ素子が既に形成されている前記センサウエハの前記素子面にサポートウエハが貼り付けられる貼付工程。
(c)研削研磨面が研削研磨されてダイアフラムが形成される研削研磨工程。
(d)前記研削研磨面に所定の隙間を有する凹部を形成するパターニング工程。
(e)前記研削研磨面とベースウエハとを接合する接合工程。
(f)前記素子面から前記サポートウエハを剥離するサポートウエハ剥離工程。
A pressure sensor manufacturing method comprising the following steps.
(A) A step of forming a strain gauge element on the element surface of the sensor wafer.
(B) An attaching step in which a support wafer is attached to the element surface of the sensor wafer on which the strain gauge element is already formed.
(C) Grinding polishing surface is ground and polished by grinding and polishing process diaphragm is formed.
(D) A patterning step of forming a recess having a predetermined gap on the ground and polished surface.
(E) the grinding polishing surface and the bonding step of bonding the base Suueha.
(F) A support wafer peeling step of peeling the support wafer from the element surface.
前記歪ゲージ素子を形成する工程(a)において、
前記素子面に金属配線が形成される
ことを特徴とする請求項または2に記載の圧力センサの製造方法。
In the step (a) of forming the strain gauge element,
Method of manufacturing a pressure sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the metal wiring is formed on the element surface.
前記貼付工程(b)において、
貼り付け用材料が、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のいずれかであり、
貼り付け精度が、ウエハ面内厚みの最小値と最大値の差またはウエハ面内の反りで制御され、
前記サポートウエハが、サファイヤ、ガラス、シリコンのいずれかである
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧力センサの製造方法。
In the pasting step (b),
The material for pasting is one of a thermoplastic adhesive, a chemical solution dissolving adhesive, a UV adhesive, a double-sided tape, and WAX,
The pasting accuracy is controlled by the difference between the minimum and maximum thickness in the wafer surface or the warpage in the wafer surface.
The method for manufacturing a pressure sensor according to claim 1, wherein the support wafer is one of sapphire, glass, and silicon.
前記研削研磨工程(c)の後に洗浄工程を備え、
この洗浄工程では、物理洗浄または酸アルカリ洗浄のいずれかを用い、貼り付け用材料の耐熱温度以下で実施し、この貼り付け用材料が薬液耐性を有する薬液を使用し、

前記物理洗浄はCO2洗浄または2流体洗浄である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧力センサの製造方法。
A cleaning step is provided after the grinding and polishing step (c),
In this cleaning step, either physical cleaning or acid-alkali cleaning is used, and the heat treatment is performed at a temperature lower than the heat resistant temperature of the pasting material.

The pressure sensor manufacturing method according to claim 1, wherein the physical cleaning is CO 2 cleaning or two-fluid cleaning.
前記接合工程(e)において、
前記研削研磨面と前記ベースウエハとが、貼り合わせ用材料の耐熱温度以下で接合され、常温直接接合、金属拡散接合およびプラズマ活性化接合のいずれかで接合される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧力センサの製造方法。
In the joining step (e),
2. The ground and polished surface and the base wafer are bonded at a temperature lower than the heat resistance temperature of the bonding material, and bonded by any one of normal temperature direct bonding, metal diffusion bonding, and plasma activated bonding. Or the manufacturing method of the pressure sensor of 2.
前記サポートウエハ剥離工程(f)において、前記センサウエハと前記サポートウエハとに熱がかけられ、
前記サポートウエハ剥離工程(f)後に、前記素子面がスピン洗浄または薬液浸漬にて洗浄される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧力センサの製造方法。
In the support wafer peeling step (f), heat is applied to the sensor wafer and the support wafer,
3. The method of manufacturing a pressure sensor according to claim 1, wherein the element surface is cleaned by spin cleaning or chemical immersion after the support wafer peeling step (f).
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