JP6908355B2 - 応力センサ - Google Patents
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Description
ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの面上に配置され、外周部に切欠き部を有する感応膜と、
前記ダイヤフラムにおいて、前記切欠き部による応力変化が生じる前記感応膜の外縁部の下側に位置する検出部と、を備え、
前記ダイヤフラムは(001)面に平行な面を有する単結晶Si基板であり、前記ダイヤフラムの面に前記感応膜が<110>方向に配置され、前記切欠き部は、<100>方向に形成される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る応力センサ1の概略構成を示す上面図であり、図2は、図1に示す応力センサ1のL1−L1線に沿った断面図である。なお、本明細書では、z軸正方向が上側、z軸負方向が下側であるとして、以下説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る応力センサ1aの概略構成を示す上面図である。なお、図4に示す構成要素において、図1及び図2に示す構成要素と同一の構成要素は、同一符号を付し、その説明を省略する。
図5は、本発明の第3の実施形態に係る応力センサ1bの概略構成を示す上面図であり、図6は、図5に示す応力センサのL2−L2線に沿った断面図である。なお、図5及び図6に示す構成要素において、図1及び図2に示す構成要素と同一の構成要素は、同一符号を付し、その説明を省略する。
図7は、本発明の第4の実施形態に係る応力センサ1cの概略構成を示す上面図である。なお、図7に示す構成要素において、図5に示す構成要素と同一の構成要素は、同一符号を付し、その説明を省略する。
次に、本発明の第1〜第4の実施形態に係る応力センサの製造工程の一例について、図8〜図14を参照して説明する。なお、図8〜図14に示す各構成要素において、同一の構成要素には同一符号を付す。
まず、応力センサの製造に用いるSOI基板を準備する。図8に、本発明の第1〜第4の実施形態に係る応力センサの製造に用いるSOI基板の概略構造を示す。図8に示すように、SOI基板100は、第1基板110と、SiO2層111と、第2基板112とを備える。第1基板110及び第2基板112は、Si基板である。第1基板110は、ダイヤフラムとして機能させるものであり、第2基板112よりも薄い。SOI基板100では、第2基板112上にSiO2層111が配置され、SiO2層111上に第1基板110が配置されている。SOI基板100は、例えばいわゆる貼り合わせ法によって製造される。なお、以下では、第1基板110はn型であるとする。
次に、図8に示すSOI基板100に、拡散配線を形成する。図9に示すように、第1基板110上にマスクパターン200を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン200の開口部に高濃度のボロン(B)を注入し、拡散配線41a,41b,43a,43bを形成する。
図9に示すマスクパターン200を除去した後、ピエゾ抵抗素子40〜43を形成する。図10に示すように、第1基板110上にマスクパターン201を形成した後、イオン注入法によってマスクパターン201の開口部に低濃度のボロン(B)を注入し、ピエゾ抵抗素子40〜43を形成する。
図10に示すマスクパターン201を除去し、所定のパターンの絶縁層310a,310bを積層した後、アルミニウム等の金属配線を形成する。図11(a)に示すように、第1基板110上の全面にスパッタによって金属(例えばアルミニウム)を堆積させ、金属層300(例えばアルミニウム層)を形成する。次に、図11(b)に示すように、金属層300上にマスクパターン202を形成する。その後、図11(c)に示すように、マスクパターン202により保護されていない金属層300をエッチングすることにより、金属配線300a,300bを形成する。金属配線300a等及び拡散配線41a等による接続によって、ピエゾ抵抗素子40〜43は、ホイートストンブリッジ回路を構成する。
図11(c)に示すマスクパターン202を除去した後、第3及び第4の実施形態に係る応力センサの場合は、切欠き部30〜33等を形成する。まず、図12(a)に示すように、第1基板110上にマスクパターン203を形成する。その後、図12(b)に示すように、マスクパターン203を介したドライエッチングにより切欠き部30〜33を形成した後、マスクパターン203を除去する。なお、この際、SiO2層111がストップ層の役割を果たすように、予めドライエッチングの条件を設定する。なお、応力センサが切欠き部を有さない場合には、この工程を飛ばして、次の工程に進んでもよい。
SOI基板100の上下を反転させた後、ダイヤフラムを形成する。図13(a)に示すように、第2基板112上にマスクパターン204を形成した後、マスクパターン204により保護されていない第2基板112を、ドライエッチングして凹部400を形成する。このとき、SiO2層111がストップ層の役割を果たすように、予めドライエッチングの条件を設定する。その後、ドライエッチングの条件を変更し、図13(b)に示すように、SiO2層111を除去してダイヤフラム10Aを形成する。なお、第1〜第4の実施形態において多様なダイヤフラムについて説明したが、図13(b)では、ダイヤフラム10Aと表記している。
図13(b)に示すマスクパターン204を除去し、さらにSOI基板100の上下を反転させた後、感応膜20Aを形成する。図14に示すように、感応膜材料をダイヤフラム10A上に塗布した後、乾燥させて感応膜20Aを形成する。なお、第1〜第4の実施形態において多様な感応膜について説明したが、図14では、感応膜20Aと表記している。
2 ガス分子
10,10A,10b,10c ダイヤフラム
11 薄膜部
20,20A,20a,20b,20c 感応膜
21,22,23,24 延在部
25,26,27,28 外縁部
30,31,32,33,30a,31a,32a,33a,30c,31c,32c,33c 切欠き部
40,41,42,43 ピエゾ抵抗素子(検出部)
41a,41b,43a,43b 拡散配線
100 SOI基板
110 第1基板
111 SiO2層
112 第2基板
200,201,202,204 マスクパターン
300 金属層
300a,300b 金属配線
310a,310b 絶縁層
400 凹部
Claims (10)
- ダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの面上に配置され、外周部に切欠き部を有する感応膜と、
前記ダイヤフラムにおいて、前記切欠き部による応力変化が生じる前記感応膜の外縁部の下側に位置する検出部と、を備え、
前記ダイヤフラムは(001)面に平行な面を有する単結晶Si基板であり、前記ダイヤフラムの面に前記感応膜が<110>方向に配置され、前記切欠き部は、<100>方向に形成される応力センサ。 - 前記切欠き部は、矩形状である、請求項1に記載の応力センサ。
- 前記切欠き部は、くさび形状である請求項1に記載の応力センサ。
- 前記ダイヤフラムは、該ダイヤフラムにおける他の部分より薄い薄膜部を有し、
該薄膜部に、前記感応膜が位置しており、前記検出部が埋込まれている、請求項1から3の何れか一項に記載の応力センサ。 - 前記ダイヤフラムは、外周部に切欠き部を有する、請求項1から4の何れか一項に記載の応力センサ。
- 前記ダイヤフラムが有する前記切欠き部は、矩形状である、請求項5に記載の応力センサ。
- 前記ダイヤフラムが有する前記切欠き部は、くさび形状である、請求項5に記載の応力センサ。
- 前記ダイヤフラムにおいて前記感応膜が配置された面とは異なる他の面上に配置された第2感応膜をさらに備える、請求項5から7の何れか一項に記載の応力センサ。
- 前記検出部は、前記感応膜の外側に位置する部分が、内側に位置する部分よりも大きい、請求項1から8の何れか一項に記載の応力センサ。
- 前記検出部はピエゾ抵抗素子を含んで構成される、請求項1から9の何れか一項に記載の応力センサ。
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