JPH01266769A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサの製造方法Info
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- JPH01266769A JPH01266769A JP9522388A JP9522388A JPH01266769A JP H01266769 A JPH01266769 A JP H01266769A JP 9522388 A JP9522388 A JP 9522388A JP 9522388 A JP9522388 A JP 9522388A JP H01266769 A JPH01266769 A JP H01266769A
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、シリコンなどの半導体結晶の持つピエゾ抵抗
効果などを利用して圧力を電気信号に変換する圧力セン
サの製造方法に係り、特にそのダイアフラムの製造方法
を改良した半導体圧力センサの製造方法に関する。
効果などを利用して圧力を電気信号に変換する圧力セン
サの製造方法に係り、特にそのダイアフラムの製造方法
を改良した半導体圧力センサの製造方法に関する。
〈従来の技術〉
第５図は従来の半導体圧力センサの構成を示す構成図で
ある。
ある。
第５図（イ）は半導体圧力センサの平面図、（ロ）は半
導体圧力センサの横断面図を示す、１、はｎ形のシリコ
ン単結晶で作られたダイヤフラムであり、凹部２を有し
更に四部２の形成により単結晶の厚さの薄くなっな起歪
部３とその周辺の固定部４とを有している。
導体圧力センサの横断面図を示す、１、はｎ形のシリコ
ン単結晶で作られたダイヤフラムであり、凹部２を有し
更に四部２の形成により単結晶の厚さの薄くなっな起歪
部３とその周辺の固定部４とを有している。
固定部４は連通孔５を有する基板６にガラス薄膜７を介
して陽極接合などにより固定されている。
して陽極接合などにより固定されている。
起歪部３は単結晶の結晶面が（１００）面とされ、その
上にはその中心を通る結晶軸＜００１＞方向で起歪部３
と固定部４との境界付近に、例えば剪断形ゲージなどの
感圧素子８が不純物の拡散により伝導形がＰ形として矩
形状に形成されている。
上にはその中心を通る結晶軸＜００１＞方向で起歪部３
と固定部４との境界付近に、例えば剪断形ゲージなどの
感圧素子８が不純物の拡散により伝導形がＰ形として矩
形状に形成されている。
この感圧素子８はその長手方向に電源端（図示せず）が
形成され、ここに電圧或いは電流が印加される。印加圧
力Ｐがダイヤフラム１に与えられると、これによって生
じた、例えば剪断応力τに対応した電圧が感圧素子８の
長手方向のほぼ中央に形成された出力端（図示せず）に
得られる。
形成され、ここに電圧或いは電流が印加される。印加圧
力Ｐがダイヤフラム１に与えられると、これによって生
じた、例えば剪断応力τに対応した電圧が感圧素子８の
長手方向のほぼ中央に形成された出力端（図示せず）に
得られる。
これによって、印加圧力Ｐに対応した電圧が出力端に得
られる。
られる。
ところで、この様なダイヤフラムを製造するには各種の
方法があるが、大別すると（ａ）等方性のケミカルエツ
チングにより製造するか（ｂ）異方性のケミカルエツチ
ングにより製造するかの方法がとられる。
方法があるが、大別すると（ａ）等方性のケミカルエツ
チングにより製造するか（ｂ）異方性のケミカルエツチ
ングにより製造するかの方法がとられる。
前者の等方性エツチングによる円形のダイヤフラムの場
合は起歪部３と固定部の境界にダレが生じ、特にこのダ
レにより印加圧力Ｐによる感圧素子８の圧力対出力電圧
の直線性を悪くするなどの問題がある。
合は起歪部３と固定部の境界にダレが生じ、特にこのダ
レにより印加圧力Ｐによる感圧素子８の圧力対出力電圧
の直線性を悪くするなどの問題がある。
そこで、エツチング速度が結晶方向に依存する後者の異
方性エツチングを用いてシャープなエツジを持つ矩形状
のダイヤフラムを形成させる製造方法がとられる。
方性エツチングを用いてシャープなエツジを持つ矩形状
のダイヤフラムを形成させる製造方法がとられる。
しかし、この場合はシャープなエツジにより起歪部と固
定部の境界に応力が集中し、印加圧力Ｐの許容範囲を大
きくできないという問題が新たに発生する。
定部の境界に応力が集中し、印加圧力Ｐの許容範囲を大
きくできないという問題が新たに発生する。
そこで、この応力集中を緩和するため異方性エツチング
で孔開けして８角形状のダイヤフラムを形成する方法が
特開昭５５−２４４０８に開示されている。以下、この
概要について説明する。
で孔開けして８角形状のダイヤフラムを形成する方法が
特開昭５５−２４４０８に開示されている。以下、この
概要について説明する。
第６図はこの開示された従来のダイヤフラムの構成を示
し、（イ）図は平面図、（ロ）図はそのＡ−Ａ−断面を
示す部分断面図、（ハ）図はそのＢ−Ｂ−断面を示す部
分断面図である。
し、（イ）図は平面図、（ロ）図はそのＡ−Ａ−断面を
示す部分断面図、（ハ）図はそのＢ−Ｂ−断面を示す部
分断面図である。
９はシリコンの単結晶で出来たダイヤフラムであり、周
囲には厚い固定部１０が、その中央は薄い起歪部１１が
それぞれ形成されている。この固定部１０は周知の図示
しない支持部材に接合されている。
囲には厚い固定部１０が、その中央は薄い起歪部１１が
それぞれ形成されている。この固定部１０は周知の図示
しない支持部材に接合されている。
起歪部１１はシリコン基板に対して所定形状のエツチン
グマスクを形成させ、異方性エツチングによって掘起こ
して形成される。
グマスクを形成させ、異方性エツチングによって掘起こ
して形成される。
この場合に、結晶軸＜１１０＞に一致する断面Ａ−Ａ−
（第６図〈口））で示す固定部１０の結晶面（１１１）
に対応する側面Ｘは図示の様に５４度の傾斜を有する面
となるが、結晶軸く１００〉に一致する断面ｒ３−Ｂ−
（第６図（ニ））で示す固定部１０の結晶面（１１０）
に対応する側面Ｙは図示のように４５度の傾斜を有する
面となる。
（第６図〈口））で示す固定部１０の結晶面（１１１）
に対応する側面Ｘは図示の様に５４度の傾斜を有する面
となるが、結晶軸く１００〉に一致する断面ｒ３−Ｂ−
（第６図（ニ））で示す固定部１０の結晶面（１１０）
に対応する側面Ｙは図示のように４５度の傾斜を有する
面となる。
そして、これ等の結晶面のエツチング速度はそれぞれ異
なる。
なる。
そこで、この境界を示す面を完全な８角形状とするため
にはエッチ速度比が結晶面ごとに異なるようなエッチ液
を選定して用いる必要がある。
にはエッチ速度比が結晶面ごとに異なるようなエッチ液
を選定して用いる必要がある。
〈発明が解決しようとする課題〉
しかしながら、この様な従来の半導体圧力センサの製造
方法では、エツチング速度比を考慮してエツチングマス
クの形状を８角形以外の複雑な形状にしなければならず
、またエッチ速度比を各結晶面に対して特定の関係を持
つエツチング液を用いなければならないという面倒な問
題がある。
方法では、エツチング速度比を考慮してエツチングマス
クの形状を８角形以外の複雑な形状にしなければならず
、またエッチ速度比を各結晶面に対して特定の関係を持
つエツチング液を用いなければならないという面倒な問
題がある。
〈課題を解決するための手段〉
この発明は、以上の課題を解決しさらに応力集中の少な
い円形のダイヤフラムを得るために、各辺が互いに直角
な結晶軸＜１１０＞で囲まれて十字状に開口孔が開けら
れさらにその対向辺の中心から左右に結晶軸＜１１０＞
に対して約３０度の角度を持つ峻が形成されたエツチン
グマスクをシリコン基板の結晶面（Ｚｏｏ）に形成し、
これに対してアルカリ異方性エツチングをすることによ
り起歪部と固定部を形成し、この起歪部と固定部の境界
がほぼ正１６角形となるときに前記アルカリ異方性エツ
チングを停止するようにしてダイヤフラムを形成するよ
うにしたものである。
い円形のダイヤフラムを得るために、各辺が互いに直角
な結晶軸＜１１０＞で囲まれて十字状に開口孔が開けら
れさらにその対向辺の中心から左右に結晶軸＜１１０＞
に対して約３０度の角度を持つ峻が形成されたエツチン
グマスクをシリコン基板の結晶面（Ｚｏｏ）に形成し、
これに対してアルカリ異方性エツチングをすることによ
り起歪部と固定部を形成し、この起歪部と固定部の境界
がほぼ正１６角形となるときに前記アルカリ異方性エツ
チングを停止するようにしてダイヤフラムを形成するよ
うにしたものである。
く作 用〉
結晶軸＜１１０＞で囲まれて十字状に開口孔が開けられ
さらにその対向辺の中心から左右に結晶軸＜１１０＞に
対して約３０度の角度を持つ綾が形成されたエツチング
マスクをシリコン基板の結晶面（１００）に形成した孔
をもつエツチングマスクを形成し、これに対してアルカ
リ異方性エッチングをすることにより、エツチングレー
トの小さい対向辺はほとんどエツチングされないが、開
口孔の内側の角部の結晶面（１１０）はエツチングされ
徐々に１６角形に近ずく。
さらにその対向辺の中心から左右に結晶軸＜１１０＞に
対して約３０度の角度を持つ綾が形成されたエツチング
マスクをシリコン基板の結晶面（１００）に形成した孔
をもつエツチングマスクを形成し、これに対してアルカ
リ異方性エッチングをすることにより、エツチングレー
トの小さい対向辺はほとんどエツチングされないが、開
口孔の内側の角部の結晶面（１１０）はエツチングされ
徐々に１６角形に近ずく。
この状態を進行させて起歪部の底面がほぼ正１６角形に
なった状態でアルカリ異方性上・ツチングを停止する。
なった状態でアルカリ異方性上・ツチングを停止する。
〈実施例〉
第１図は本発明の１実施例の製造途中の構成を示す平面
図、第２図はダイヤフラムを形成するためのシリコン基
板を示す平面図、第３図はシリコン基板にマスクをする
ダイヤフラムマスクの形状を示す平面図である。
図、第２図はダイヤフラムを形成するためのシリコン基
板を示す平面図、第３図はシリコン基板にマスクをする
ダイヤフラムマスクの形状を示す平面図である。
１２は最終的にはダイヤフラムとなる矩形状のシリコン
基板であり、その各辺は結晶軸く１１０〉と一致するよ
うに選定されている。さらに、図示されてはいないが、
このシリコン基板１２の底面には感圧素子が形成されて
いる（第２図）。
基板であり、その各辺は結晶軸く１１０〉と一致するよ
うに選定されている。さらに、図示されてはいないが、
このシリコン基板１２の底面には感圧素子が形成されて
いる（第２図）。
ダイヤフラムマスク１３は開１コ孔１４を有し、この開
口孔１４は辺１１〜！２とこれに直角な辺１４〜１８、
さらに辺！、と１２、辺１３と！４、辺１５と１６、辺
１７とｌＩ］を挟んでそれぞれ形成された綾Ｒ１とＲ２
、綾Ｒ３とＲｄ、綾Ｒ５とＲ６、綾Ｒ７とＲ８で囲まれ
て形成されている。
口孔１４は辺１１〜！２とこれに直角な辺１４〜１８、
さらに辺！、と１２、辺１３と！４、辺１５と１６、辺
１７とｌＩ］を挟んでそれぞれ形成された綾Ｒ１とＲ２
、綾Ｒ３とＲｄ、綾Ｒ５とＲ６、綾Ｒ７とＲ８で囲まれ
て形成されている。
これ等の綾Ｒ１〜Ｒ８は辺！、〜１８に対してそれぞれ
θ（＝２５度）の傾斜で形成されている（第３図）。
θ（＝２５度）の傾斜で形成されている（第３図）。
このほぼ十字状の開口孔１４の周囲はＳ、ＮＪ］ｆｉで
形成されたマスクとなっている。
形成されたマスクとなっている。
このダイヤフラムマスク１３と同じパターンで、その開
口孔１４の各辺１１〜１．がシリコン基板１２の結晶軸
＜１１０＞と一致する向きになるように配置して、シリ
コン基板１２の結晶面（１００）にマスクパターンが形
成される。
口孔１４の各辺１１〜１．がシリコン基板１２の結晶軸
＜１１０＞と一致する向きになるように配置して、シリ
コン基板１２の結晶面（１００）にマスクパターンが形
成される。
この後、２０％〜５０％（ｗｔ）のＫＯＨエツチング液
でアルカリ異方性エツチングを行う、この場合、ダイヤ
フラムマスク１３の角部Ａに対応するシリコン基板１２
の底部１５に対して４５度の傾斜を持つ結晶面＜１１０
）のエツチング速度が股も早く、峻Ｒ１〜Ｒ８の頂点Ｂ
に対応するシリコン基板１２の結晶面＜１１１）のエツ
チング速度は最も遅くほとんどエツチングが進行しない
。
でアルカリ異方性エツチングを行う、この場合、ダイヤ
フラムマスク１３の角部Ａに対応するシリコン基板１２
の底部１５に対して４５度の傾斜を持つ結晶面＜１１０
）のエツチング速度が股も早く、峻Ｒ１〜Ｒ８の頂点Ｂ
に対応するシリコン基板１２の結晶面＜１１１）のエツ
チング速度は最も遅くほとんどエツチングが進行しない
。
この結果、第１図に示す様に、頂点Ｂに対応するシリコ
ン基板１２の部分は底部１５に対して５５度の傾斜を持
つ斜面１６が露出し、１６角形の一部である一辺が形成
される。
ン基板１２の部分は底部１５に対して５５度の傾斜を持
つ斜面１６が露出し、１６角形の一部である一辺が形成
される。
この後、さらにエツチングを進めることにより角部Ａに
対応するシリコン基板１２のエツチングがより進行して
１６角形の一辺１７が形成される。
対応するシリコン基板１２のエツチングがより進行して
１６角形の一辺１７が形成される。
さらに底部１５のエツチングの進行により起歪部１８と
固定部１９も形成される。
固定部１９も形成される。
最終的には第４図に示すように、この起歪部１８と固定
部１９で形成される境界が所定の１６角形になったとき
にエツチングをストップする。
部１９で形成される境界が所定の１６角形になったとき
にエツチングをストップする。
以上のようにして、１６角形のダイヤフラム２０が形成
される。
される。
なお、より円形に近付いた起歪部を持つダイヤフラムと
するために異方性エツチングをした後、電解エツチング
を行い角部を丸くする。これにより、応力集中について
も強い構造のダイヤフラムにすることができる。
するために異方性エツチングをした後、電解エツチング
を行い角部を丸くする。これにより、応力集中について
も強い構造のダイヤフラムにすることができる。
〈発明の効果〉
以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
る製造方法によれば、複雑な形状のエツチングマスクを
使用することなく量産化に適した高耐圧まで許容度の大
きい１６角形のダイヤフラムを形成することができ、さ
らにダイヤスラムマスクのパターンの寸法を変えるだけ
で各圧力レンジに適した起歪部の厚さが容易に得られる
。
る製造方法によれば、複雑な形状のエツチングマスクを
使用することなく量産化に適した高耐圧まで許容度の大
きい１６角形のダイヤフラムを形成することができ、さ
らにダイヤスラムマスクのパターンの寸法を変えるだけ
で各圧力レンジに適した起歪部の厚さが容易に得られる
。
第１図は本発明の１実施例の製造途中の構成を示す平面
図、第２図はダイヤフラムを形成するためのシリコン基
板を示す平面図、第３図はシリコン基板にマスクをする
ダイヤフラムマスクの形状を示す平面図、第４図は本発
明により形成されたダイヤフラムの１実施例を示す平面
図、第５図は従来の半導体圧力センサの構成を示す構成
図、第６図は従来の８角形のダイヤフラムを製造する製
造方法を説明する説明図である。 １．９．２０・・・ダイヤフラム、３．１１．１８・・
・起歪部、４．１０．１９・・・固定部、８・−・感圧
素子、１２・・・シリコン基板、１３・・・ダイヤフラ
ムマスク、１４・・・開１］孔、１５・・・底面、１６
．１７・・・辺、２．〜ｌａ・・・辺、Ｒ１−Ｒ８・・
・綾。 第５図 喜１図 第 ３ 図 ／／３’ｌ’４セフラムマ２ ／４間間口 前２図 嘉 ４ 因 （り
図、第２図はダイヤフラムを形成するためのシリコン基
板を示す平面図、第３図はシリコン基板にマスクをする
ダイヤフラムマスクの形状を示す平面図、第４図は本発
明により形成されたダイヤフラムの１実施例を示す平面
図、第５図は従来の半導体圧力センサの構成を示す構成
図、第６図は従来の８角形のダイヤフラムを製造する製
造方法を説明する説明図である。 １．９．２０・・・ダイヤフラム、３．１１．１８・・
・起歪部、４．１０．１９・・・固定部、８・−・感圧
素子、１２・・・シリコン基板、１３・・・ダイヤフラ
ムマスク、１４・・・開１］孔、１５・・・底面、１６
．１７・・・辺、２．〜ｌａ・・・辺、Ｒ１−Ｒ８・・
・綾。 第５図 喜１図 第 ３ 図 ／／３’ｌ’４セフラムマ２ ／４間間口 前２図 嘉 ４ 因 （り
Claims (1)
- 各辺が互いに直角な結晶軸＜１１０＞で囲まれて十字
状に開口孔が開けられさらにその対向辺の中心から左右
に結晶軸＜１１０＞に対して約３０度の角度を持つ綾が
形成されたエッチングマスクをシリコン基板の結晶面（
１００）に形成し、これに対してアルカリ異方性エッチ
ングをすることにより起歪部と固定部を形成し、この起
歪部と前記固定部の境界がほぼ正１６角形となるときに
前記アルカリ異方性エッチングを停止するようにしてダ
イヤフラムを形成することを特徴とする半導体圧力セン
サの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9522388A JPH01266769A (ja) | 1988-04-18 | 1988-04-18 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9522388A JPH01266769A (ja) | 1988-04-18 | 1988-04-18 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01266769A true JPH01266769A (ja) | 1989-10-24 |
Family
ID=14131749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9522388A Pending JPH01266769A (ja) | 1988-04-18 | 1988-04-18 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01266769A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03226637A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-07 | Yokogawa Electric Corp | 振動子形半導体圧力計 |
-
1988
- 1988-04-18 JP JP9522388A patent/JPH01266769A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03226637A (ja) * | 1990-01-31 | 1991-10-07 | Yokogawa Electric Corp | 振動子形半導体圧力計 |
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