JPH04206663A - シリコン振動式歪センサの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、振動式歪ゲージを用いるシリコン振動式歪セ
ンサに係り、特に過大圧保護機能とダンピング機能特性
の向上されたシリコン振動式歪センサの製造方法に関す
る。

〈従来の技術〉 第４図に従来の振動式歪ゲージを用いる振動式歪センサ
の縦断面図を示す。この種の振動式歪センサは、例えば
特願昭６３−７０３６１号などに開示されている。

１０はシリコンの単結晶基板をエツチングして四部１１
を形成して周囲の厚肉部１２に対して薄く形成されたダ
イヤフラム１３とされ、このダイヤフラム１３上の所定
の位置に振動式歪ゲージ１４が形成されたセンサチップ
である。

この振動式歪ゲージ１４は、例えば両端がセンサチップ
１０に固定され周囲に薄い空隙を持つ振動梁が形成され
ており、この振動梁を外部回路と結合して自励発振させ
ておき、このダイヤプラムに印加される測定圧力Ｐに起
因する歪みによりその共振周波数が変化するのを利用し
て測定圧力Ｐを知るものである。

このセンサチップ１０の厚内部１２は中央に貫通孔１５
を持ちシリコンの単結晶で出来た基台チップ１６に接合
されている。

センサチップ１０の厚肉部１２と基台チップ１６とは熱
酸化膜を介して接合されている。この接合に当たっては
厚内部１２と基台チップ１６のそれぞれの表面を接合す
る前にあらかじめ熱酸化膜を形成しておき、これ等を加
熱酸化の直後、例えば１時間程度の表面が疎水性になら
ない程度の短時間の間に両面を合わせて、例えば１００
０°Ｃの酸化雰囲気中で加熱処理をすることによって、
熱酸化膜同志に存在する隙間か埋められて完全に接合さ
れる。この熱酸化膜の厚さは薄く、例えは片方で０．７
μｍ合わせて１．４μｍ程度のものである。

なお、この基台チップ１６は中央に圧力導入孔１７をも
つ円筒状の例えばコバールなどで出来た継手１８に貫通
孔１５と圧力導入孔１７とが連通して接合されている。

しか１．なから、この様な従来の振動式歪センサは、振
動式歪ゲージが外部回路と結合して自励発振をさせてそ
の共振周波数の変化がち測定圧力を検出するものである
から、この共振によりダイヤフラムを介してセンサチッ
プ全体が共振をしてセンサの入出力特性などの緒特性が
悪くなるという問題がある。

この場合に、この凹部の中に単にシリコンオイルなどの
粘度の大きい流体を封入しても所定のタンピング効果が
得られず、これ等の緒特性は改善されない。

この問題を解決する発明として、第５図に示す如く、本
願出願人による特許出願「シリコン振動式歪センサ」　
昭和６３年７月２１日出願　特願昭６３−１８２５３５
　　特開平２−３２２２４がある。

図において、第４図と同一記号の構成は同一機能を表わ
す。

以下、第４図と相違部分のみ説明する。

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。その上部はダイヤフ
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１
４の自動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。その効果の程度については後述す
る。

次に、この様な振動式歪センサを製造する製造方法につ
いて第６図を参照して説明する。

第６図（Ａ）は最終的に基台チップ１６となるシリコン
基板２２に貫通孔１５を形成する工／チング工程を示し
ている。

この貫通孔１５は、例えば異方性エツチングにより形成
するが、この上下面には例えば０．７μｍ程度の薄い熱
酸化膜２３が形成されている。

第６図（Ｂ）は最終的にダンピング基台１９となるシリ
コン基板２４に流通孔２ｏを形成するエツチング工程を
示している。

この上下面も第２図（Ａ）と同様にして熱酸化膜２５が
形成されている。

第６図（Ｃ）はこれ等のシリコン基板２２．２４を突き
合わせて熱酸化接合をする熱酸化接合工程を示している
。

この工程は、第４図に示すセンサチップ１０と基台チッ
プ１６とを熱酸化接合する場合と同様な工程で接合する
。

第６図（Ｄ）はシリコン基板２４に対してメサ構造を形
成する工程を示す。

シリコン基板２４の上面の所定位置にフォトマスクを固
定しヒドラジン（Ｎ２Ｈ＝＋）などでアルカリエツチン
グを行なってメサ構造として基台チップ１６に接合され
たダンピング基台１９を形成する。

第６図（Ｅ）はダイヤフラムなどが加工されたセンサチ
ップを示している。

このセンサチップ１０は別工程で加工されてタイヤフラ
ム１３とこの上に振動式歪ゲージ１４などが形成されて
いる。その周囲は熱酸化膜２６で覆われている。

第６図（Ｆ）の工程は熱酸化接合の工程を示している。

この工程では、第６図（Ｄ）で形成された中間工程のチ
ップと（Ｅ）に示すセンサチップとを突き合わせて熱酸
化接合をして、ダイヤフラム１３とダンピング基台１９
との間隙Δを所定の値にする。

この後、基台チップ１６を継手１８に接合してこの中に
シリコンオイル２１を封入することによって振動式歪セ
ンサを作る。

この結果、センサチップの四部にダンピング基台を設は
ダイヤフラムとダンピング基台との間隙を狭く保持しこ
の間にシリコンオイルを封入したので、振動式歪ゲージ
の共振周波数により全体が共振するのを防止することが
でき高精度、高安定なシリコン振動式歪センサが実現で
きる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な装置においては、ダイアフラム
１３とダンピング基台１９間の隙間Δは、例えば、ウェ
ハー厚さ５００±２５μｍに対して、凹部１１の深さと
、ダンピング基台１９の高さの製造ばらつきにより１０
〜数１０μｍと大きく、ダンピング特性にばらつきかで
る。

また、過大圧が加わった場合に、ダイアフラム１３か変
位して、ダンピング基台１９に当たり封入液の圧力が上
昇しなくなる圧力の値がばらつく事になる。

本発明は、この問題点を解決するものである。

本発明の目的は、過大圧保護機能とタンピング機能特性
の向上されたシリコン振動式歪センサの製造方法を提供
するにある。

く課題を解決するための手段〉 この目的を達成するために、本発明は、ダイアフラムに
一定間隙を保って対向してダンピング基台が形成される
シリコン振動式歪センサの製造方法において、 以下の工程を有する事を特徴とするシリコン振動式歪セ
ンサの製造方法、　　　　　゛（ａ）シリコン基板の中
央部に貫通孔をエツチングにより形成して基台チップを
形成する工程。

（ｂ）他のシリコン基板の一面側に窒化膜を形成し中央
部に流通孔をエツチングにより形成してダンピンク基台
を形成する工程。

（ｃ）前記基台チップの一面にダンピング基台の他面と
を付合わせて熱酸化接合する工程。

（ｄ）前記ダンピング基台の外周部分をエツチング除去
してメサ構造を形成する工程。

（ｅ）別のシリコン基板に凹部をエツチングにより形成
し該シリコン基板にダイアフラムを形成してセンサチッ
プを形成する工程。

而して、該ダイアフラムに振動式歪みゲージを形成する
工程。

（ｆ）前記ダンピング基台を覆うように前記凹部を配置
して前記ダイアフラムと該ダンピング基台との間に隙間
が存在するようにして前記基台チップと前記センサチッ
プとを付合わせて一酸化接合する工程。

（ｇ＞前記隙間部分の表面に前記窒化膜の部分を除いて
所定厚さの酸化膜を形成する工程。

（ｈ）前記窒化膜を除去する工程。

（ｉ）前記窒化膜を除去した部分にシリコンを選択エピ
タキシャル成長させる工程。

（ｊ）前記隙間部分の酸化膜を除去する工程。

を採用したものである。

く作　用〉 以上の方法において、シリコン基板の中央部に貫通孔を
エツチングにより形成して基台チップを形成する。他の
シリコン基板の一面側に窒化膜を形成し中央部に流通孔
をエツチングにより形成してダンピング基台を形成する
。前記基台チップの一面にダンピング基台の他面とを付
合わせて熱酸化接合する熱酸化接合する。前記ダンピン
グ基台の外周部分をエツチング除去してメサ構造を形成
する。他のシリコン基板に凹部をエツチングにより形成
し該シリコン基板にダイアフラムを形成してセンサチッ
プを形成する。該ダイアプラムに振動式歪みゲージを形
成する。前記ダンピング基台を覆うように前記凹部を配
置して前記ダイアフラムと該ダンピング基台との間隙を
所定の値になるようにして前記基台チップと前記センサ
チップとを付合わせて熱酸化接合する。前記隙間部分の
表面に前記窒化膜の部分を除いて酸化膜を形成する。

前記窒化膜を除去する。前記窒化膜を除去した部分にシ
リコンを選択エピタキシャル成長させる。

前記隙間部分の酸化膜を除去する。

以下、実施例に基づき詳細に説明する。

〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例の要部製作説明図である。

（ａ）第１図（Ａ）に示す如く、シリコン基板１０１の
中央部に貫通孔１０２をエツチングにより形成して基台
チップ１０３を形成する。

この場合、基台チップ１０３の表面に熱酸化膜１０４が
形成される。

（ｂ）第１図（Ｂ）に示す如く、他のシリコン基板１０
５の一面側に窒化Ｗ！１１０６を形成し中央部に流通孔
１０７をエツチングにより形成してダンピング基台１０
８を形成する。

この場合、ダンピング基台１０８の他面側表面には、熱
酸化１１！１０９か形成される。

（ｃ）第１図（Ｃ）に示す如く、基台チップ１０３の一
面にダンピング基台１０８の他面とを付合わせて熱酸化
接合する。

（ｃｌ）第１図（Ｄ＞に示す如く、ダンピング基台１０
８の外周部分をエツチング除去してメサ構造を形成する
。

（ｅ）第１図（Ｅ）に示す如く、別のシリコン基板１１
１に凹部１１２をエツチングにより形成しシリコン基板
１１１にダイアフラム１１３を形成してセンサチップ１
１４を形成する。

而して、ダイアフラム１１３に振動式歪みゲージ１１５
を形成する。

この場合、センサチップ１１４の表面に熱酸化膜１１６
が形成される。

（ｆ）第１図（Ｆ）に示す如く、ダンピング基台１０８
を覆うように凹部１１２を配置してダイアフラム１１３
とダンピング基台１０８との間に隙ｆｌｌ１７が存在す
るようにして基台チップ１０３とセンサチップ１１４と
を付合わせて熱酸化接合する。

（ｇ）第１図（Ｇ）に示す如く、隙間部分１１７の表面
に窒化膜１０６の部分を除いて所定厚さの酸化膜１１８
を形成する。

（ｈ）第１図（Ｈ）に示す如く、窒化膜１０６を除去す
る。

（ｉ）第１図（Ｉ＞に示す如く、窒化膜１０６を除去し
た部分にシリコン１１９を選択エピタキシャル成長させ
る。

（Ｊ）第１図（Ｊ）に示す如く、隙間部分１１７の酸化
膜１１８を除去する。

この結果、 （１）第２図に示す如く、酸化膜１１８で、ダイアフラ
ム１１３とダンピング基台１０８との隙間Δが、正確に
決定出来るので、ダンピング特性のばらつきを防止出来
る。

（２）第３図に示す如く、過大圧が加わった場合に、ダ
イアフラム１１３が変位して、ダンピング基台１０８に
当たり封入液の圧力が上昇しなくなる圧力の値を一定に
する事が出来る。

なお、前述の実施例においては、第１図（Ｉ）において
、シリコン１１９をエピタキシャル成長させると説明し
たが、これに限ることはなく、ボリシリコンを成長させ
ても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明は、ダイアフラムに一定間
隙を保って対向してダンピング基台が形成されるシリコ
ン振動式歪センサの製造方法において、 以下の工程を有する事を特徴とするシリコン振動式歪セ
ンサの製造方法。

（ａ）シリコン基板の中央部に貫通孔をエツチングによ
り形成して基台チップを形成する工程。

（ｂ）他のシリコン基板の一面側に窒化膜を形成し中央
部に流通孔をエツチングにより形成してタンピング基台
を形成する工程。

（ｃ）前記基台チップの一面にダンピング基台の他面と
を付合わせて熱酸化接合する工程。

（ｄ）前記ダンピング基台の外周部分をエツチング除去
してメサ構造を形成する工程。

（ｅ）別のシリコン基板に凹部をエツチングにより形成
し該シリコン基板にダイアフラムを形成してセンサチッ
プを形成する工程。

而して、該ダイアフラムに振動式歪みゲージを形成する
工程。

（ｆ）前記ダンピング基台を覆うように前記凹部を配置
して前記ダイアフラムと該ダンピング基台との間に隙間
が存在するようにして前記基台チップと前記センサチッ
プとを付合わせて熱酸化接合する工程。

（ｇ）前記隙間部分の表面に前記窒化膜の部分を除いて
所定厚さの酸化膜を形成する工程。

（ｈ）前記窒化膜を除去する工程。

（１）前記窒化膜を除去した部分にシリコンを選択エピ
タキシャル成長させる工程。

（ｊ）前記隙間部分の酸化膜を除去する工程。

を採用した。

この結果、 （１）酸化膜で、ダイアフラムとダンピング基台との隙
間か、正確に決定出来るので、ダンピング特性のばらつ
きを防止出来る。

（２）過大圧が加わった場合に、ダイアフラムが変位し
て、ダンピング基台に当たり封入液の圧力が上昇しなく
なる圧力の値を一定にする事が出来る。

従って、本発明によれば、過大圧保護機能とダンピング
機能特性の向上されたシリコン振動式歪センサの製造方
法を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の工程説明図、第２図、第３
図は第１図の動作説明図、第４図は従来より一般に使用
されている従来例の構成説明図、第５図は従来より一般
に使用されている他の従来例の構成説明図、第６図は第
５図の製作説明図である。 １０１・・・シリコン基板、１０２・・・貫通孔、１０
３・・・基台チップ、１０４・・・熱酸化膜、１０５・
・・シリコン基板、１０６・・・窒化膜、１０７・・・
流通孔、１０８・・・ダンピング基台、１１１・・・シ
リコン基板、１１２・・・凹部、１１３・・・ダイアフ
ラム、１１４・・・センサチップ、１１５・・・振動式
歪みゲージ、１１６・・・酸化膜、１１７・・・隙間、
１１８・・・酸化膜、１１９・・・シリコン。 第２図 ↓ ラミ き　　　　　　　　　　　　く

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ダイアフラムに一定間隙を保って対向してダンピング
   基台が形成されるシリコン振動式歪センサの製造方法に
   おいて、 以下の工程を有する事を特徴とするシリコン振動式歪セ
   ンサの製造方法。 （ａ）シリコン基板の中央部に貫通孔をエッチングによ
   り形成して基台チップを形成する工程。 （ｂ）他のシリコン基板の一面側に窒化膜を形成し中央
   部に流通孔をエッチングにより形成してダンピング基台
   を形成する工程。 （ｃ）前記基台チップの一面にダンピング基台の他面と
   を付合わせて熱酸化接合する工程。 （ｄ）前記ダンピング基台の外周部分をエッチング除去
   してメサ構造を形成する工程。 （ｅ）別のシリコン基板に凹部をエッチングにより形成
   し該シリコン基板にダイアフラムを形成してセンサチッ
   プを形成する工程。 而して、該ダイアフラムに振動式歪みゲージを形成する
   工程。 （ｆ）前記ダンピング基台を覆うように前記凹部を配置
   して前記ダイアフラムと該ダンピング基台との間に隙間
   が存在するようにして前記基台チップと前記センサチッ
   プとを付合わせて熱酸化接合する工程。 （ｇ）前記隙間部分の表面に前記窒化膜の部分を除いて
   所定厚さの酸化膜を形成する工程。 （ｈ）前記窒化膜を除去する工程。 （ｉ）前記窒化膜を除去した部分にシリコンを選択エピ
   タキシャル成長させる工程。 （ｊ）前記隙間部分の酸化膜を除去する工程。