JPH06229859A - 薄膜圧力センサとその製造方法 - Google Patents
薄膜圧力センサとその製造方法Info
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- JPH06229859A JPH06229859A JP1514893A JP1514893A JPH06229859A JP H06229859 A JPH06229859 A JP H06229859A JP 1514893 A JP1514893 A JP 1514893A JP 1514893 A JP1514893 A JP 1514893A JP H06229859 A JPH06229859 A JP H06229859A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄膜圧力センサに関し、製造工数が少なく、
高精度で微細化することができ、他の半導体素子と同じ
基板上に形成することができる。 【構成】 シリコン等の基板１の上にＰＳＧ等の厚い第
１の膜２を堆積し、その上にノンドープポリシリコン等
の薄い第２の膜３を堆積し、この第２の膜３に不純物を
選択的に導入して抵抗値を下げることによってピエゾ抵
抗４を形成し、またこの第２の膜３に開口６を形成し、
この開口６を通して第１の膜２の一部をエッチング除去
してこの開口より大径の空洞を形成し、第２の膜３をこ
の空洞中に陥没させ基板の表面に密着させることによっ
て密閉されたドーナツ状の空洞８を形成し、外圧による
第２の膜３の変形によってピエゾ抵抗４の電気抵抗を変
化させて圧力センサとする。基板１の上に導電性の膜を
形成し、この膜と導電化した第２の膜との間の静電容量
を変化させることもできる。
高精度で微細化することができ、他の半導体素子と同じ
基板上に形成することができる。 【構成】 シリコン等の基板１の上にＰＳＧ等の厚い第
１の膜２を堆積し、その上にノンドープポリシリコン等
の薄い第２の膜３を堆積し、この第２の膜３に不純物を
選択的に導入して抵抗値を下げることによってピエゾ抵
抗４を形成し、またこの第２の膜３に開口６を形成し、
この開口６を通して第１の膜２の一部をエッチング除去
してこの開口より大径の空洞を形成し、第２の膜３をこ
の空洞中に陥没させ基板の表面に密着させることによっ
て密閉されたドーナツ状の空洞８を形成し、外圧による
第２の膜３の変形によってピエゾ抵抗４の電気抵抗を変
化させて圧力センサとする。基板１の上に導電性の膜を
形成し、この膜と導電化した第２の膜との間の静電容量
を変化させることもできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜圧力センサとその
製造方法に関する。圧力センサ、特に、半導体材料を用
いた微小な圧力センサは、内燃機関の燃焼制御、工業計
測、医療計測等の技術分野で広く利用され、高精度化、
超微細化、製造工程の簡素化等が強く望まれている。
製造方法に関する。圧力センサ、特に、半導体材料を用
いた微小な圧力センサは、内燃機関の燃焼制御、工業計
測、医療計測等の技術分野で広く利用され、高精度化、
超微細化、製造工程の簡素化等が強く望まれている。
【０００２】
【従来の技術】従来、薄膜圧力センサの製造方法とし
て、シリコン薄膜と空洞を形成した厚いシリコン板を貼
り合わせて製造する方法や、厚いシリコン基板をエッチ
ングして製造する方法が知られていた。
て、シリコン薄膜と空洞を形成した厚いシリコン板を貼
り合わせて製造する方法や、厚いシリコン基板をエッチ
ングして製造する方法が知られていた。
【０００３】図７は、従来の薄膜圧力センサの一例の概
略構成説明図である。この図において、４１は第１のシ
リコン基板、４２は第２のシリコン基板、４３は感圧薄
膜、４４は空洞である。
略構成説明図である。この図において、４１は第１のシ
リコン基板、４２は第２のシリコン基板、４３は感圧薄
膜、４４は空洞である。
【０００４】従来から知られていたシリコン基板の貼り
合わせによって製造される薄膜圧力センサにおいては、
第１のシリコン基板４１に、下面の一部をエッチング除
去して空洞４４を形成することによって感圧薄膜４３を
残した第２のシリコン基板４２を貼り合わせることによ
って形成していた。なお、感厚薄膜４３には不純物を選
択的に導入してピエゾ抵抗等のセンス部が形成される。
合わせによって製造される薄膜圧力センサにおいては、
第１のシリコン基板４１に、下面の一部をエッチング除
去して空洞４４を形成することによって感圧薄膜４３を
残した第２のシリコン基板４２を貼り合わせることによ
って形成していた。なお、感厚薄膜４３には不純物を選
択的に導入してピエゾ抵抗等のセンス部が形成される。
【０００５】この従来のシリコン基板の貼り合わせによ
って形成した薄膜圧力センサにおいては、空洞４４が密
閉されており、感圧薄膜４３の外側に正圧あるいは負圧
が加わると、感圧薄膜４３が変形するため、感圧薄膜４
３に形成されているピエゾ抵抗等のセンス部の電気特性
が変化して、加えられた圧力の大きさを電気信号として
取り出すことができる。
って形成した薄膜圧力センサにおいては、空洞４４が密
閉されており、感圧薄膜４３の外側に正圧あるいは負圧
が加わると、感圧薄膜４３が変形するため、感圧薄膜４
３に形成されているピエゾ抵抗等のセンス部の電気特性
が変化して、加えられた圧力の大きさを電気信号として
取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の薄膜
圧力センサをシリコン基板の貼り合わせによって製造す
る方法には、工程数が多く、微細化することが困難であ
るという問題がある。また、シリコン基板の両面エッチ
ングや裏面エッチングによって製造する方法には、エッ
チング条件の設定が困難であるほか、位置合わせ精度が
高くないという問題があり、微細化が困難であるという
問題もあった。また、これらの製造方法は集積回路の製
造方法と両立しないため、薄膜圧力センサを、他の半導
体素子と同じ基板上に一体的に構成することが困難であ
るという問題があった。
圧力センサをシリコン基板の貼り合わせによって製造す
る方法には、工程数が多く、微細化することが困難であ
るという問題がある。また、シリコン基板の両面エッチ
ングや裏面エッチングによって製造する方法には、エッ
チング条件の設定が困難であるほか、位置合わせ精度が
高くないという問題があり、微細化が困難であるという
問題もあった。また、これらの製造方法は集積回路の製
造方法と両立しないため、薄膜圧力センサを、他の半導
体素子と同じ基板上に一体的に構成することが困難であ
るという問題があった。
【０００７】本発明は、製造工程数が少なく、高精度で
微細化することができ、他の半導体素子と同じ基板上に
一体的に形成することができる薄膜圧力センサを提供す
ることを目的とする。
微細化することができ、他の半導体素子と同じ基板上に
一体的に形成することができる薄膜圧力センサを提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる薄膜圧力
センサにおいては、基板と、該基板の上に形成された空
洞を有する第１の膜と、該第１の膜の上に、該空洞を覆
って形成されたピエゾ抵抗を有する薄い第２の膜を有
し、該第２の膜が該空洞の中に陥没して、該空洞の底面
である該基板の表面に密着して閉塞されたドーナツ状の
空洞を形成している構成を採用した。
センサにおいては、基板と、該基板の上に形成された空
洞を有する第１の膜と、該第１の膜の上に、該空洞を覆
って形成されたピエゾ抵抗を有する薄い第２の膜を有
し、該第２の膜が該空洞の中に陥没して、該空洞の底面
である該基板の表面に密着して閉塞されたドーナツ状の
空洞を形成している構成を採用した。
【０００９】また、基板と、該基板の上に形成された空
洞を有する第１の膜と、該第１の膜の上に、該空洞を覆
って形成された薄い第２の膜を有し、該第２の膜が該空
洞の中に陥没して、該空洞の底面である該基板の表面に
絶縁状態で密着して閉塞されたドーナツ状の空洞を形成
し、該基板と該第２の膜の間で静電容量が形成されてい
る構成を採用した。
洞を有する第１の膜と、該第１の膜の上に、該空洞を覆
って形成された薄い第２の膜を有し、該第２の膜が該空
洞の中に陥没して、該空洞の底面である該基板の表面に
絶縁状態で密着して閉塞されたドーナツ状の空洞を形成
し、該基板と該第２の膜の間で静電容量が形成されてい
る構成を採用した。
【００１０】この場合、第２の膜を、ポリシリコン膜と
Ｓｉ3 Ｎ4 膜の二重の膜、あるいは、Ｓｉ3 Ｎ4 膜とポ
リシリコン膜とＳｉ3 Ｎ4 膜の三重の膜で構成すること
ができる。
Ｓｉ3 Ｎ4 膜の二重の膜、あるいは、Ｓｉ3 Ｎ4 膜とポ
リシリコン膜とＳｉ3 Ｎ4 膜の三重の膜で構成すること
ができる。
【００１１】また本発明にかかる触覚センサにおいて
は、基板の上に、一部に変形しやすい薄膜を有する複数
の密閉された室を有し、該室内に請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載された薄膜圧力センサが配置
されている構成を採用した。
は、基板の上に、一部に変形しやすい薄膜を有する複数
の密閉された室を有し、該室内に請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載された薄膜圧力センサが配置
されている構成を採用した。
【００１２】また本発明にかかるフローセンサにおいて
は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載さ
れた薄膜圧力センサが複数個異なる方向を向けて配置さ
れている構成を採用した。
は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載さ
れた薄膜圧力センサが複数個異なる方向を向けて配置さ
れている構成を採用した。
【００１３】また、本発明にかかる薄膜圧力センサの製
造方法においては、基板の上に第１の膜を堆積する工程
と、その上に薄い第２の膜を堆積する工程と、該第２の
膜にピエゾ抵抗を形成する工程と、該第２の膜に開口を
形成する工程と、該開口を通して第１の膜を一部エッチ
ング除去して該開口より大径の空洞を形成する工程と、
該第２の膜を該空洞中に陥没させて基板の表面に密着さ
せてドーナツ状の空洞を形成する工程を採用した。
造方法においては、基板の上に第１の膜を堆積する工程
と、その上に薄い第２の膜を堆積する工程と、該第２の
膜にピエゾ抵抗を形成する工程と、該第２の膜に開口を
形成する工程と、該開口を通して第１の膜を一部エッチ
ング除去して該開口より大径の空洞を形成する工程と、
該第２の膜を該空洞中に陥没させて基板の表面に密着さ
せてドーナツ状の空洞を形成する工程を採用した。
【００１４】また、基板の上に第１膜を堆積する工程
と、その上に薄い第２の膜を堆積する工程と、該第２の
膜に開口を形成する工程と、該開口を通して第１の膜を
一部エッチングして除去し該開口より大径の空洞を形成
する工程と、該第２の膜を該空洞中に陥没させて基板の
表面に絶縁体状態で密着させてドーナツ状の空洞を形成
し、該基板と該第２の膜の間で静電容量を形成する工程
を採用した。
と、その上に薄い第２の膜を堆積する工程と、該第２の
膜に開口を形成する工程と、該開口を通して第１の膜を
一部エッチングして除去し該開口より大径の空洞を形成
する工程と、該第２の膜を該空洞中に陥没させて基板の
表面に絶縁体状態で密着させてドーナツ状の空洞を形成
し、該基板と該第２の膜の間で静電容量を形成する工程
を採用した。
【００１５】この場合、第２の膜を堆積する工程を、ポ
リシリコン膜を堆積する工程とＳｉ 3 Ｎ4 膜を堆積する
工程の二工程にすることができる。
リシリコン膜を堆積する工程とＳｉ 3 Ｎ4 膜を堆積する
工程の二工程にすることができる。
【００１６】この場合、第２の膜を空洞中に陥没させる
工程を、該第２の膜を上から圧迫する工程、あるいは、
該第２の膜をプラズマを利用して熱ストレスによって空
洞中に陥没させる工程にすることができる。
工程を、該第２の膜を上から圧迫する工程、あるいは、
該第２の膜をプラズマを利用して熱ストレスによって空
洞中に陥没させる工程にすることができる。
【００１７】
【作用】本発明の薄膜圧力センサのように、基板の上に
第１膜を堆積し、その上に薄い第２の膜を堆積し、この
第２の膜に開口を形成し、この開口を通して第１の膜を
一部エッチング除去し該開口より大径の空洞を形成し、
この第２の膜を空洞中に陥没させて基板の表面に密着さ
せ、ドーナツ状の空洞を形成すると、ウェハの貼り合わ
せや、ウェハの裏面加工、両面加工を行う必要がなく、
また、従来から知られていた集積回路の製造工程とほぼ
同様の工程を用いるため、薄膜圧力センサと、薄膜圧力
センサを制御しあるいは薄膜センサの信号を増幅する回
路を同一のチップに組み込むことが容易になり、微細化
することが可能で、膜圧を０．７μｍ〜１μｍ程度に薄
くすることができるため感度を良好にすることができ、
大量生産することが可能になる。
第１膜を堆積し、その上に薄い第２の膜を堆積し、この
第２の膜に開口を形成し、この開口を通して第１の膜を
一部エッチング除去し該開口より大径の空洞を形成し、
この第２の膜を空洞中に陥没させて基板の表面に密着さ
せ、ドーナツ状の空洞を形成すると、ウェハの貼り合わ
せや、ウェハの裏面加工、両面加工を行う必要がなく、
また、従来から知られていた集積回路の製造工程とほぼ
同様の工程を用いるため、薄膜圧力センサと、薄膜圧力
センサを制御しあるいは薄膜センサの信号を増幅する回
路を同一のチップに組み込むことが容易になり、微細化
することが可能で、膜圧を０．７μｍ〜１μｍ程度に薄
くすることができるため感度を良好にすることができ、
大量生産することが可能になる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （第１実施例）図１は、第１実施例の薄膜圧力センサの
概略構成説明図である。この図において、１はシリコン
基板、２はＰＳＧ膜、３はノンドープポリシリコン膜、
４はピエゾ抵抗（ドープトポリシリコン）、５はＳｉ3
Ｎ4 膜、６は開口、８はドーナツ状の空洞、９は屈曲部
である。なお、この図における符号は、図２、図３の符
号と一致させたため７が欠番になっている。
概略構成説明図である。この図において、１はシリコン
基板、２はＰＳＧ膜、３はノンドープポリシリコン膜、
４はピエゾ抵抗（ドープトポリシリコン）、５はＳｉ3
Ｎ4 膜、６は開口、８はドーナツ状の空洞、９は屈曲部
である。なお、この図における符号は、図２、図３の符
号と一致させたため７が欠番になっている。
【００１９】この実施例の薄膜圧力センサにおいては、
シリコン基板１の上に、円形の空洞を有する厚さ５μｍ
のＰＳＧ膜２が形成され、このＰＳＧ膜２の上に形成さ
れ、直径１１０μｍの開口６を有する厚さ５０００Åの
ノンドープポリシリコン膜３と厚さ２０００ÅのＳｉ3
Ｎ4 膜５が、この空洞の底面であるシリコン基板１の表
面に陥没して密着し、密閉されたドーナツ状の空洞８が
形成されており、ノンドープポリシリコン膜３には線状
にドーズ量１０15ｃｍ-2程度の不純物が導入されてピエ
ゾ抵抗（ドープトポリシリコン）４が形成されている。
シリコン基板１の上に、円形の空洞を有する厚さ５μｍ
のＰＳＧ膜２が形成され、このＰＳＧ膜２の上に形成さ
れ、直径１１０μｍの開口６を有する厚さ５０００Åの
ノンドープポリシリコン膜３と厚さ２０００ÅのＳｉ3
Ｎ4 膜５が、この空洞の底面であるシリコン基板１の表
面に陥没して密着し、密閉されたドーナツ状の空洞８が
形成されており、ノンドープポリシリコン膜３には線状
にドーズ量１０15ｃｍ-2程度の不純物が導入されてピエ
ゾ抵抗（ドープトポリシリコン）４が形成されている。
【００２０】このドーナツ状の空洞８を覆うノンドープ
ポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜が外圧を
受けると変形し、ドーナツ状の空洞８の上縁部に近いピ
エゾ抵抗４の抵抗値が変化するため圧力センサとして機
能する。このＳｉ3 Ｎ4 膜５は、製造工程における熱処
理によってノンドープポリシリコン膜３がＰＳＧ膜２の
円形の空洞の内壁に垂れ下がるのを防ぎ、かつ、ノンド
ープポリシリコン膜３の表面を保護し使用中のリーク電
流を防ぐために形成されているが、ノンドープポリシリ
コン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の熱膨張係数の差によるバイ
メタル効果によって生じる温度依存性を避ける必要があ
る場合は、製造後エッチングによって除去することがで
きる。
ポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜が外圧を
受けると変形し、ドーナツ状の空洞８の上縁部に近いピ
エゾ抵抗４の抵抗値が変化するため圧力センサとして機
能する。このＳｉ3 Ｎ4 膜５は、製造工程における熱処
理によってノンドープポリシリコン膜３がＰＳＧ膜２の
円形の空洞の内壁に垂れ下がるのを防ぎ、かつ、ノンド
ープポリシリコン膜３の表面を保護し使用中のリーク電
流を防ぐために形成されているが、ノンドープポリシリ
コン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の熱膨張係数の差によるバイ
メタル効果によって生じる温度依存性を避ける必要があ
る場合は、製造後エッチングによって除去することがで
きる。
【００２１】また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜とノンドープポリシリ
コン膜とＳｉ3 Ｎ4 膜の三重膜とすることによって、バ
イメタル効果の発生を防ぎ、圧力センサの温度特性や直
線性を改善することができる。この場合、ノンドープポ
リシリコン膜の上側のＳｉ3 Ｎ4 膜によって、前記のよ
うにノンドープポリシリコン膜の汚染によるリーク電流
の発生を防止することができ、下側のＳｉ3 Ｎ4 膜によ
って、ノンドープポリシリコン膜がシリコン基板と接触
してリーク電流が発生するのを防止することができる。
コン膜とＳｉ3 Ｎ4 膜の三重膜とすることによって、バ
イメタル効果の発生を防ぎ、圧力センサの温度特性や直
線性を改善することができる。この場合、ノンドープポ
リシリコン膜の上側のＳｉ3 Ｎ4 膜によって、前記のよ
うにノンドープポリシリコン膜の汚染によるリーク電流
の発生を防止することができ、下側のＳｉ3 Ｎ4 膜によ
って、ノンドープポリシリコン膜がシリコン基板と接触
してリーク電流が発生するのを防止することができる。
【００２２】また、この図に示されるように、ノンドー
プポリシリコン膜３が開口６の周辺の屈曲部９でシリコ
ン基板１との間に間隙を有する場合は、外圧が小さいと
きはノンドープポリシリコン膜３全体が変形し易いため
感度が高く、外圧が大きくなると屈曲部９がシリコン基
板１の表面に接触してノンドープポリシリコン膜３全体
が変形し難くなるため感度が低くなり、対数的な感度を
もち広い測定範囲を有する薄膜圧力センサを実現するこ
とができる。このような感度の非直線性を積極的に利用
して、ノンドープポリシリコン膜３の開口６の近傍の形
状を調節することによって、各種の応用分野で要求され
る感度特性を実現することができる。
プポリシリコン膜３が開口６の周辺の屈曲部９でシリコ
ン基板１との間に間隙を有する場合は、外圧が小さいと
きはノンドープポリシリコン膜３全体が変形し易いため
感度が高く、外圧が大きくなると屈曲部９がシリコン基
板１の表面に接触してノンドープポリシリコン膜３全体
が変形し難くなるため感度が低くなり、対数的な感度を
もち広い測定範囲を有する薄膜圧力センサを実現するこ
とができる。このような感度の非直線性を積極的に利用
して、ノンドープポリシリコン膜３の開口６の近傍の形
状を調節することによって、各種の応用分野で要求され
る感度特性を実現することができる。
【００２３】この実施例の薄膜圧力センサは、長年蓄積
されている半導体装置の製造工程を適用することによっ
て容易に精密化、微細化することができ、この圧力セン
サを駆動する回路とともに集積化することができる。
されている半導体装置の製造工程を適用することによっ
て容易に精密化、微細化することができ、この圧力セン
サを駆動する回路とともに集積化することができる。
【００２４】（第２実施例）図２、図３は、第２実施例
の薄膜圧力センサの製造工程説明図であり、（Ａ）〜
（Ｆ）は各工程を示している。この図において、１はシ
リコン基板、２はＰＳＧ膜、３はノンドープポリシリコ
ン膜、４はピエゾ抵抗、５はＳｉ3 Ｎ4 膜、６は開口、
７は空洞、８はドーナツ状の空洞、９は屈曲部である。
この製造工程説明図を参照して、この実施例の薄膜圧力
センサの製造方法を説明する。
の薄膜圧力センサの製造工程説明図であり、（Ａ）〜
（Ｆ）は各工程を示している。この図において、１はシ
リコン基板、２はＰＳＧ膜、３はノンドープポリシリコ
ン膜、４はピエゾ抵抗、５はＳｉ3 Ｎ4 膜、６は開口、
７は空洞、８はドーナツ状の空洞、９は屈曲部である。
この製造工程説明図を参照して、この実施例の薄膜圧力
センサの製造方法を説明する。
【００２５】第１工程（図２（Ａ）参照） シリコン基板１の上に厚さ５μｍのＰＳＧ膜２をＣＶＤ
によって形成し、その上に厚さ５０００Åのノンドープ
ポリシリコン膜３を形成する。
によって形成し、その上に厚さ５０００Åのノンドープ
ポリシリコン膜３を形成する。
【００２６】第２工程（図２（Ｂ）参照） ノンドープポリシリコン膜３に線状にドーズ量１０15ｃ
ｍ-2程度のＡｓ等の不純物を導入して低抵抗のドープト
ポリシリコンからなるピエゾ抵抗４および配線を形成す
る。
ｍ-2程度のＡｓ等の不純物を導入して低抵抗のドープト
ポリシリコンからなるピエゾ抵抗４および配線を形成す
る。
【００２７】第３工程（図２（Ｃ）参照） ピエゾ抵抗４を形成したノンドープポリシリコン膜３の
上にＣＶＤによって厚さの２０００ÅのＳｉ3 Ｎ4 膜５
を形成する。
上にＣＶＤによって厚さの２０００ÅのＳｉ3 Ｎ4 膜５
を形成する。
【００２８】第４工程（図３（Ｄ）参照） Ｓｉ3 Ｎ4 膜５の上にレジスト膜を形成し、フォトリソ
グラフィー技術を適用して開口と同形の窓を開け、この
窓を通してＲＩＥすることによってＳｉ3 Ｎ4膜５とノ
ンドープポリシリコン膜３の二重の膜に直径１１０μｍ
の開口６を形成する。
グラフィー技術を適用して開口と同形の窓を開け、この
窓を通してＲＩＥすることによってＳｉ3 Ｎ4膜５とノ
ンドープポリシリコン膜３の二重の膜に直径１１０μｍ
の開口６を形成する。
【００２９】第５工程（図３（Ｅ）参照） レジスト膜が形成されたまま、ノンドープポリシリコン
膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜に設けた開口６を通し
て、ＰＳＧ膜２を等方性エッチングして空洞７を形成す
る。この場合のエッチング液は、例えばＨＦ：Ｈ2 Ｏ＝
１：１０であり、エッチング時間は１４０分で、直径５
００μｍの空洞が形成される。エッチング後、エッチン
グ液を純水と置換し、さらにｔ−ブタノールと置換し
て、凍結し真空乾燥すると、ノンドープポリシリコン膜
３とＳｉ3 Ｎ4 膜５が表面張力によって空洞７の底に陥
没して付着するのを防ぐことができる。
膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜に設けた開口６を通し
て、ＰＳＧ膜２を等方性エッチングして空洞７を形成す
る。この場合のエッチング液は、例えばＨＦ：Ｈ2 Ｏ＝
１：１０であり、エッチング時間は１４０分で、直径５
００μｍの空洞が形成される。エッチング後、エッチン
グ液を純水と置換し、さらにｔ−ブタノールと置換し
て、凍結し真空乾燥すると、ノンドープポリシリコン膜
３とＳｉ3 Ｎ4 膜５が表面張力によって空洞７の底に陥
没して付着するのを防ぐことができる。
【００３０】第６工程（図３（Ｆ）参照） この状態でレジスト膜をアッシングすると、ノンドープ
ポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜がドーム
状に膨らんだ状態で残る。この空洞７の上に膨らんでい
るノンドープポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重
の膜を布等で圧迫して、空洞７の中に陥没させて、ノン
ドープポリシリコン膜３を開口６の部分でシリコン基板
１の表面に密着させ、開口６の周りに密閉されたドーナ
ツ状の空洞８を形成する。
ポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜がドーム
状に膨らんだ状態で残る。この空洞７の上に膨らんでい
るノンドープポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重
の膜を布等で圧迫して、空洞７の中に陥没させて、ノン
ドープポリシリコン膜３を開口６の部分でシリコン基板
１の表面に密着させ、開口６の周りに密閉されたドーナ
ツ状の空洞８を形成する。
【００３１】ノンドープポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4
膜５の熱膨張係数の差によるバイメタル効果によって生
じる温度依存性を避ける必要がある場合は、この工程の
後にエッチングによってＳｉ3 Ｎ4 膜５を除去すること
ができ、また、所望の特性を得るために、ノンドープポ
リシリコン膜３の上に適宜の熱膨張係数を有する材料の
膜を適宜の厚さで形成することができる。
膜５の熱膨張係数の差によるバイメタル効果によって生
じる温度依存性を避ける必要がある場合は、この工程の
後にエッチングによってＳｉ3 Ｎ4 膜５を除去すること
ができ、また、所望の特性を得るために、ノンドープポ
リシリコン膜３の上に適宜の熱膨張係数を有する材料の
膜を適宜の厚さで形成することができる。
【００３２】このドーナツ状の空洞８が外圧を受けると
ノンドープポリシリコン膜３とＳｉ 3 Ｎ4 膜５の二重の
膜が変形し、このノンドープポリシリコン膜４に線状に
不純物を導入して形成されたピエゾ抵抗４の電気抵抗値
が変化するため圧力センサとしての機能を有する。この
製造方法によると、通常の半導体装置の製造工程を適用
することができ、圧力センサの駆動回路とともにモノリ
シックに製造することができ、膜圧を０．７μｍ〜１μ
ｍ程度に薄くすることができるため感度を良好にするこ
とができ、かつ、精密な形状で微細化することが容易で
ある。
ノンドープポリシリコン膜３とＳｉ 3 Ｎ4 膜５の二重の
膜が変形し、このノンドープポリシリコン膜４に線状に
不純物を導入して形成されたピエゾ抵抗４の電気抵抗値
が変化するため圧力センサとしての機能を有する。この
製造方法によると、通常の半導体装置の製造工程を適用
することができ、圧力センサの駆動回路とともにモノリ
シックに製造することができ、膜圧を０．７μｍ〜１μ
ｍ程度に薄くすることができるため感度を良好にするこ
とができ、かつ、精密な形状で微細化することが容易で
ある。
【００３３】この工程のように、レジスト膜をアッシン
グするとき、ドーム状に上に膨らんだノンドープポリシ
リコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜を布等で圧迫し
て空洞７の中に陥没させ、ノンドープポリシリコン膜３
を開口６の部分でシリコン基板１の表面に密着させるだ
けで、ノンドープポリシリコン膜３とシリコン基板１の
表面の間が密閉されるが、必要に応じて、この開口６を
ＣＶＤ、ＦＩＢ等を用いてＳｉ3 Ｎ4 等を堆積して密閉
することもできる。
グするとき、ドーム状に上に膨らんだノンドープポリシ
リコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５の二重の膜を布等で圧迫し
て空洞７の中に陥没させ、ノンドープポリシリコン膜３
を開口６の部分でシリコン基板１の表面に密着させるだ
けで、ノンドープポリシリコン膜３とシリコン基板１の
表面の間が密閉されるが、必要に応じて、この開口６を
ＣＶＤ、ＦＩＢ等を用いてＳｉ3 Ｎ4 等を堆積して密閉
することもできる。
【００３４】この実施例において、布等で圧迫すること
によってノンドープポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５
の二重の膜を空洞７の中に陥没したが、ノンドープポリ
シリコン膜３とこれに積層される膜の熱膨張係数の差を
利用して、例えばプラズマによって熱処理することによ
って空洞７の中に陥没させることもできる。
によってノンドープポリシリコン膜３とＳｉ3 Ｎ4 膜５
の二重の膜を空洞７の中に陥没したが、ノンドープポリ
シリコン膜３とこれに積層される膜の熱膨張係数の差を
利用して、例えばプラズマによって熱処理することによ
って空洞７の中に陥没させることもできる。
【００３５】（第３実施例）図４は、第３実施例の薄膜
圧力センサの概略構成説明図である。この図において、
１１はシリコン基板、１２はドープトポリシリコン膜、
１３はＰＳＧ膜、１４はドーナツ状空洞、１５はＳｉ3
Ｎ4 膜、１６はドープトポリシリコン膜、１７は開口で
ある。
圧力センサの概略構成説明図である。この図において、
１１はシリコン基板、１２はドープトポリシリコン膜、
１３はＰＳＧ膜、１４はドーナツ状空洞、１５はＳｉ3
Ｎ4 膜、１６はドープトポリシリコン膜、１７は開口で
ある。
【００３６】この実施例の薄膜圧力センサにおいては、
シリコン基板１１の上に、厚さ５０００Åの導電性を有
するドープトポリシリコン膜１２が形成され、その上に
空洞を有する厚さ５μｍのＰＳＧ膜１３が形成され、こ
のＰＳＧ膜１３の上に形成され、開口１７を有する厚さ
２０００ÅのＳｉ3 Ｎ4 膜１５と厚さ５０００Åの導電
性を有するドープトポリシリコン膜１６の二重の膜が、
この空洞の底面であるシリコン基板１１の表面に陥没し
て密着され、密閉されたドーナツ状の空洞１４が形成さ
れている。
シリコン基板１１の上に、厚さ５０００Åの導電性を有
するドープトポリシリコン膜１２が形成され、その上に
空洞を有する厚さ５μｍのＰＳＧ膜１３が形成され、こ
のＰＳＧ膜１３の上に形成され、開口１７を有する厚さ
２０００ÅのＳｉ3 Ｎ4 膜１５と厚さ５０００Åの導電
性を有するドープトポリシリコン膜１６の二重の膜が、
この空洞の底面であるシリコン基板１１の表面に陥没し
て密着され、密閉されたドーナツ状の空洞１４が形成さ
れている。
【００３７】このドーナツ状の空洞１４を覆うＳｉ3 Ｎ
4 膜１５とドープトポリシリコン膜１６の二重の膜が外
圧を受けると変形し、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１５によって絶縁さ
れているドープトポリシリコン膜１２とドープトポリシ
リコン膜１６の間隔が変化するため、この間の静電容量
が変化して圧力センサとなる。なお、開口１７は、第２
実施例の製造方法に示されているように、ＰＳＧ膜１３
にエッチングによって空洞を形成する際に使用するため
に形成されている。この薄膜圧力センサは、従来から知
られている通常の半導体工程によって容易に製造でき、
容易に微細化することができる。
4 膜１５とドープトポリシリコン膜１６の二重の膜が外
圧を受けると変形し、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１５によって絶縁さ
れているドープトポリシリコン膜１２とドープトポリシ
リコン膜１６の間隔が変化するため、この間の静電容量
が変化して圧力センサとなる。なお、開口１７は、第２
実施例の製造方法に示されているように、ＰＳＧ膜１３
にエッチングによって空洞を形成する際に使用するため
に形成されている。この薄膜圧力センサは、従来から知
られている通常の半導体工程によって容易に製造でき、
容易に微細化することができる。
【００３８】（第４実施例）図５は、第４実施例の触覚
センサの概略構成説明図である。この図において、２１
は支持基板、２２は薄膜圧力センサ、２３は仕切り板、
２４は蓋板である。
センサの概略構成説明図である。この図において、２１
は支持基板、２２は薄膜圧力センサ、２３は仕切り板、
２４は蓋板である。
【００３９】この実施例の触覚センサは、第１実施例、
第２実施例、第３実施例の薄膜圧力センサを多数密閉し
た触覚センサである。その構造は、支持基板２１の上に
格子状の仕切り板２３を形成して多数の仕切られた空間
を形成し、その空間内に第１実施例から第３実施例まで
のいずれか１つの薄膜圧力センサ２２を配置し、この仕
切り板の上に、プラスティック、ガラス等の、薄膜圧力
センサを密閉し、触れると変形し易く、破損しにくい強
度を有する材料の蓋板２４を貼りつけたものである。
第２実施例、第３実施例の薄膜圧力センサを多数密閉し
た触覚センサである。その構造は、支持基板２１の上に
格子状の仕切り板２３を形成して多数の仕切られた空間
を形成し、その空間内に第１実施例から第３実施例まで
のいずれか１つの薄膜圧力センサ２２を配置し、この仕
切り板の上に、プラスティック、ガラス等の、薄膜圧力
センサを密閉し、触れると変形し易く、破損しにくい強
度を有する材料の蓋板２４を貼りつけたものである。
【００４０】この触覚センサの蓋板２４に何物かが触れ
ると容易に変成し、薄膜圧力センサ２２が配置されいて
る空間内の圧力が変化し、その圧力変化を薄膜圧力セン
サによって電気信号に変換する。この触覚センサは、圧
力のオンオフでなく、圧力の大きさに対応する電気信号
を出力して微細な制御ができるため、身体の一部によっ
て身体障害者用の自助具を操作する場合、手袋内に設け
て指の運動を電気信号に変換することによって制御用、
遊戯用等の各種のコンピュータの入力装置とする場合、
人体を支持する椅子等の家具を人間工学的に設計する場
合の測定等に用いることができる。
ると容易に変成し、薄膜圧力センサ２２が配置されいて
る空間内の圧力が変化し、その圧力変化を薄膜圧力セン
サによって電気信号に変換する。この触覚センサは、圧
力のオンオフでなく、圧力の大きさに対応する電気信号
を出力して微細な制御ができるため、身体の一部によっ
て身体障害者用の自助具を操作する場合、手袋内に設け
て指の運動を電気信号に変換することによって制御用、
遊戯用等の各種のコンピュータの入力装置とする場合、
人体を支持する椅子等の家具を人間工学的に設計する場
合の測定等に用いることができる。
【００４１】（第５実施例）図６は、第５実施例のフロ
ーセンサの概略構成説明図である。この図において、３
１は支持体、３２，３３，３４，３５，３６，３７は薄
膜圧力センサ、３８は風の流れである。
ーセンサの概略構成説明図である。この図において、３
１は支持体、３２，３３，３４，３５，３６，３７は薄
膜圧力センサ、３８は風の流れである。
【００４２】この実施例の薄膜圧力センサを用いたフロ
ーセンサは、例えば六面体の形状を有する支持体３１の
各面に、第１実施例、第２実施例、第３実施例の薄膜圧
力センサを設けたものである。
ーセンサは、例えば六面体の形状を有する支持体３１の
各面に、第１実施例、第２実施例、第３実施例の薄膜圧
力センサを設けたものである。
【００４３】このフローセンサに、図中に示されたよう
な方向の風の流れ３８があると、薄膜圧力センサ３２，
３３，３４，３５，３６，３７によって生じる圧力信号
のバランスが崩されるから、これら薄膜圧力センサ３
２，３３，３４，３５，３６，３７の信号を処理するこ
とによって風の方向と強さを測定することができる。
な方向の風の流れ３８があると、薄膜圧力センサ３２，
３３，３４，３５，３６，３７によって生じる圧力信号
のバランスが崩されるから、これら薄膜圧力センサ３
２，３３，３４，３５，３６，３７の信号を処理するこ
とによって風の方向と強さを測定することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
薄膜圧力センサをシリコンウェハ等の半導体ウェハの貼
り合わせや、裏面加工、両面加工を行うことなく、従来
から知られていた集積回路の製造工程とほぼ同様の工程
を用いるため、薄膜圧力センサを制御し、あるいは薄膜
センサの信号を増幅する回路と薄膜センサを同一のチッ
プに組み込むことが容易になり、かつ、微細化すること
が可能で、膜圧を０．７μｍ〜１μｍ程度に薄くするこ
とができるため感度を良好にすることができ、大量生産
することが可能になる。
薄膜圧力センサをシリコンウェハ等の半導体ウェハの貼
り合わせや、裏面加工、両面加工を行うことなく、従来
から知られていた集積回路の製造工程とほぼ同様の工程
を用いるため、薄膜圧力センサを制御し、あるいは薄膜
センサの信号を増幅する回路と薄膜センサを同一のチッ
プに組み込むことが容易になり、かつ、微細化すること
が可能で、膜圧を０．７μｍ〜１μｍ程度に薄くするこ
とができるため感度を良好にすることができ、大量生産
することが可能になる。
【図１】第１実施例の薄膜圧力センサの概略構成説明図
である。
である。
【図２】第２実施例の薄膜圧力センサの製造工程説明図
（１）であり、（Ａ）〜（Ｃ）は各工程を示している。
（１）であり、（Ａ）〜（Ｃ）は各工程を示している。
【図３】第２実施例の薄膜圧力センサの製造工程説明図
（２）であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は各工程を示している。
（２）であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は各工程を示している。
【図４】第３実施例の薄膜圧力センサの概略構成説明図
である。
である。
【図５】第４実施例の触覚センサの概略構成説明図であ
る。
る。
【図６】第５実施例のフローセンサの概略構成説明図で
ある。
ある。
【図７】従来の薄膜圧力センサの一例の概略構成説明図
である。
である。
１ シリコン基板 ２ ＰＳＧ膜 ３ ノンドープポリシリコン膜 ４ ピエゾ抵抗（ドープトポリシリコン） ５ Ｓｉ3 Ｎ4 膜 ６ 開口 ７ 空洞 ８ ドーナツ状の空洞 ９ 屈曲部 １１ シリコン基板 １２ ドープトポリシリコン膜 １３ ＰＳＧ膜 １４ ドーナツ状空洞 １５ Ｓｉ3 Ｎ4 膜 １６ ドープトポリシリコン膜 １７ 開口 ２１ 支持基板 ２２ 薄膜圧力センサ ２３ 仕切り板 ２４ 蓋板 ３１ 支持体 ３２，３３，３４，３５，３６，３７ 薄膜圧力センサ ３８ 風の流れ
Claims (4)
- 【請求項１】 基板と、該基板の上に形成された空洞を
有する第１の膜と、該第１の膜の上に、該空洞を覆って
形成されたピエゾ抵抗を有する薄い第２の膜を有し、該
第２の膜が該空洞の中に陥没して、該空洞の底面である
該基板の表面に密着して閉塞されたドーナツ状の空洞を
形成していることを特徴とする薄膜圧力センサ。 - 【請求項２】 基板と、該基板の上に形成された空洞を
有する第１の膜と、該第１の膜の上に、該空洞を覆って
形成された薄い第２の膜を有し、該第２の膜が該空洞の
中に陥没して、該空洞の底面である該基板の表面に絶縁
状態で密着して閉塞されたドーナツ状の空洞を形成し、
該基板と該第２の膜の間で静電容量が形成されているこ
とを特徴とする薄膜圧力センサ。 - 【請求項３】 基板の上に第１の膜を堆積する工程と、
その上に薄い第２の膜を堆積する工程と、該第２の膜に
ピエゾ抵抗を形成する工程と、該第２の膜に開口を形成
する工程と、該開口を通して第１の膜を一部エッチング
除去して該開口より大径の空洞を形成する工程と、該第
２の膜を該空洞中に陥没させて基板の表面に密着させて
ドーナツ状の空洞を形成する工程を有することを特徴と
する薄膜圧力センサの製造方法。 - 【請求項４】 基板の上に第１膜を堆積する工程と、そ
の上に薄い第２の膜を堆積する工程と、該第２の膜に開
口を形成する工程と、該開口を通して第１の膜を一部エ
ッチングして除去し該開口より大径の空洞を形成する工
程と、該第２の膜を該空洞中に陥没させて基板の表面に
絶縁体状態で密着させてドーナツ状の空洞を形成し、該
基板と該第２の膜の間で静電容量を形成する工程を有す
ることを特徴とする薄膜圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1514893A JPH06229859A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 薄膜圧力センサとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1514893A JPH06229859A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 薄膜圧力センサとその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06229859A true JPH06229859A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=11880723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1514893A Withdrawn JPH06229859A (ja) | 1993-02-02 | 1993-02-02 | 薄膜圧力センサとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06229859A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014148248A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | オムロン株式会社 | 静電容量型圧力センサ及び入力装置 |
| CN105115656A (zh) * | 2015-09-10 | 2015-12-02 | 西安近代化学研究所 | 一种薄膜压力传感器的绝缘密封方法 |
| JP2020016507A (ja) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | アズビル株式会社 | 圧力センサチップ |
-
1993
- 1993-02-02 JP JP1514893A patent/JPH06229859A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014148248A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | オムロン株式会社 | 静電容量型圧力センサ及び入力装置 |
| JP2014182031A (ja) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Omron Corp | 静電容量型圧力センサ及び入力装置 |
| CN105026904A (zh) * | 2013-03-19 | 2015-11-04 | 欧姆龙株式会社 | 静电电容型压力传感器及输入装置 |
| CN105115656A (zh) * | 2015-09-10 | 2015-12-02 | 西安近代化学研究所 | 一种薄膜压力传感器的绝缘密封方法 |
| JP2020016507A (ja) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | アズビル株式会社 | 圧力センサチップ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000404 |