JPH0697698B2 - 圧力センサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧力センサの製造方法に関し、特に圧力感度の
ばらつきのない圧力センサの製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕 従来、圧力センサの分野では圧力感度に関して製品間の
ばらつきを低減することが大きな課題であつた。当該圧
力感度のばらつきの原因として、（１）ダイアフラムの
膜厚の違い、（２）不純物濃度のばらつき等による各感
圧素子の感度の違い、（３）ダイアフラム上の感圧素子
の位置ずれ等の要因があげられる。しかし、これら
（１）〜（３）の要因の中で、特に（１）の要因が最も
大きく、圧力感度はダイアフラムの膜厚の二乗に逆比例
して変化する。以下、ダイアフラムの製造方法の従来例
を図をあげて説明し、同時にその欠点について述べる。

第３図は従来のダイアフラム製造装置の概念図であり、
第４図はシリコン基板の異方性エツチングを示す概念図
である。第３図において、環流装置のフタ33に備えたガ
ラス管32はその外周から冷却水31により冷却されてお
り、ビーカ34の中に発生した蒸気が大気中に飛散しない
ようにしている。また、冷却水31は吸入口31aと吸出口3
1bとによつて外界と通じている。一方、ビーカ34の中に
は、KOH等の異方性エツチング液35と支持台38上に垂直
に保持されたシリコンの試料36とが入れられている。エ
ツチングの速度を早めるために、これらはヒータ39によ
り加熱されている。このようにして、シリコンの試料36
はエツチングされ、保護膜が除去された領域にダイアフ
ラム37が形成される。台４図（ａ），（ｂ）はそれぞれ
第３図に示すシリコンの試料36のエツチング前後の断面
形状を示している。エツチングされる前の試料には、同
図（ａ）に示すように、シリコン基板40を覆う保護膜41
にダイアフラム形成のための窓43が開けられている。ま
た、図中の42はゲージ抵抗で、イオン打込み等によりシ
リコン基板40の表面に形成されている。一方、エツチン
グ終了時には同図（ｂ）に示すように、保護膜41に開け
られた窓43からシリコン基板40がエツチングされ、薄い
シリコンのダイアフラム37を作製することができる。こ
の際、従来の方法では、ダイアフラム37の厚さを制御す
るのに、予め測定しておいたシリコンの単位時間当りの
エツチング率から所要の時間を計算し、この時間の間だ
けエツチングを行うという方法が用いられてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この方法では、試料ごとのエツチング率のばら
つきや試料の元の厚さのばらつき等の原因により、ダイ
アフラムの厚さを精確に制御することができないという
欠点があつた。従つて、従来の方法により作製した圧力
センサは、そのダイアフラムの厚さのばらつきのため
に、感度がばらつくということが避けられなかつた。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、感度ば
らつきのない圧力センサの製造方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以下の（１），（２）の発明からなるものであ
る。すなわち、 （１）シリコン圧力センサの薄肉ダイアフラムを異方性
エツチング技術により形成する方法において、シリコン
基板面を覆う保護膜中に設けられた該ダイアフラム形成
のための窓領域の他に、該窓領域の大きさよりも小さな
検出用の窓領域を該保護膜の少なくとも一部に設け、両
窓領域のエツチングを同時に進行させ、該検出用の窓領
域のエツチング形状が尖頭状になったことをもってダイ
アフラム形成のための窓領域のエッチングの終了のため
の情報を得ることを特徴とする圧力センサの製造方法、 （２）シリコン圧力センサの薄肉ダイアフラムを異方性
エツチング技術により形成する方法において、シリコン
基板面を覆う保護膜中に設けられた当該ダイアフラム形
成のための窓領域の他に、該窓領域の大きさよりも小さ
く、かつ各々の大きさが異なる複数個の窓領域を一組と
する検出用の窓領域を当該保護膜の少なくとも一部に設
け、両窓領域のエツチングを同時に進行させ、該複数の
窓領域のうち前期基板の厚さに対応した一つの窓領域の
エッチング形状が尖頭状になったことをもってダイアフ
ラム形成のための窓領域のエッチングの終了のための情
報を得ることを特徴とする圧力センサの製造方法、 である。

〔作用〕

本発明の圧力センサの製造方法では、エツチングをうけ
る試料表面の保護膜中において前記ダイアフラム形成の
ための窓領域の他に検出用の窓領域が新たに開けられた
試料を用いてエツチングを行つている。以下、本発明の
ダイアフラムの製造方法の原理を第２図（ａ）〜（ｃ）
を用いて説明する。同図は試料の断面の概念図を示した
ものであり、第４図と同一番号は同一構成要素を示して
いる。第２図（ａ）に示すように、エツチングをうける
試料は予め、ダイアフラム形成のための窓預域43と検出
用の窓領域20とが保護膜41に設けられている。エツチン
グの進行途中の段階では、同図（ｂ）に示すように、ダ
イアフラムのための穴21と検出用の穴22とが等しいエツ
チング率で形成される。このとき、検出用の穴22の底面
23は平らな形状を有している。しかし、さらにエッチン
グを行つてダイアフラム37が所定の厚さに達したとき、
同図（ｃ）に示すように検出用の穴22の底面23は尖頭の
形状となる。このときのエツチング深さｈと検出用の窓
領域20の大きさａの間には以下の関係式が成り立つ。

従つて、上の関係式より計算した所要のエツチング深さ
ｈに対応する大きさａをもつ検出用の窓領域22のエツチ
ングの進行を観察し、この底面23が尖頭の形状になつた
ときに試料をエツチング装置から引き上げて、エツチン
グを停止させるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ）〜（ｃ）および第２図（ａ）〜（ｃ）は、
本発明の一実施例を示す図で、第１図はエツチング開始
から終了までの時間経過に従つて試料の一部をま上から
見た図、第２図はその断面図を示したものである。図に
おいて第４図と同一番号は同一構成要素を示している。
試料はエツチングを開始する前に、第１図（ａ）のよう
に酸化膜等の保護膜41に写真刻印技術を用いてダイアフ
ラムのための窓領域43と検出用の窓領域20を互いに近づ
けて作製してある。これら窓領域43および20には、第２
図（ａ）に示すように保護膜41が除去されて、下のシリ
コン基板40が表面に露出しており、エツチング液に直接
さらされる。（100）の面方向をもつシリコン基板面上
の＜110＞方向に上の窓領域43と20との辺を配向させる
とき、本発明の試料は、第１図（ｂ）および第２図
（ｂ）に示すようにエツチングされる（異方性エツチン
グ）。そして、エツチングが進むにつれて、検出用のエ
ツチング穴22の底面23の大きさが減少していき、やがて
同図（ｃ）に示すように尖頭の形状を示すようになる。
作業者はこの検出用の穴22の底面23の形状を常時観察し
ており、底面23が尖頭の形状となつた瞬間に上記試料を
エツチング液より引き上げてエツチングを停止させる。
この検出用の穴22を観察するのに以下に示す方法があ
る。すなわち、 １）エツチング装置の横にテレビカメラを配置してお
き、遠くはなれた位置からテレビ画面に映る像を監視す
る。２）エツチング終了間際に試料をエツチング液から
引き上げ、顕微鏡により観察する。このとき、またエツ
チングが充分でないならば試料をさらにエツチング液に
浸す。以上の操作を所要のエツチング量が得られるまで
繰り返す。３）エツチング装置の横からルーペを用いて
観察する、等の方法である。

第５図および第６図は本発明の他の実験例であり、先の
第１図に示した実施例と検出用の窓領域20の構成だけが
異なる。これらの図において第１図と同じ番号は同一構
成要素を示している。第５図では１個の検出用の窓領域
20を試料の保護膜41の周辺に配置した実施例を示した。
この場合には、検出用の窓領域20の観察が容易であるこ
との他に、さらにダイアフラム用の窓領域43を多数配置
することができるという利点がある。なお、第５図の実
施例の他に、検出用の窓領域20を保護膜41の中心に配置
したものも本発明に含まれることは言うまでもない。第
６図は、４個のダイアフラム用の窓領域43の中心に検出
用の窓領域20を１個配置した構成を繰り返して保護膜41
の全面に配置した実施例である。この場合には、先の第
５図の実施例と異なり、シリコン基板面内のエツチング
のばらつきを観察することができ、しかも、第６図の例
では１個の窓領域20でその周囲の４個のダイアフラムの
形状をモニターできるので、第１図の実施例よりもダイ
アフラム形成のための窓領域43を多数配置することがで
きるという特徴がある。

第７図（ａ），（ｂ）および第８図（ａ），（ｂ）も本
発明の他の実施例である。いずれも（ａ）が全体図、
（ｂ）は要部拡大図である。これらの図はそれぞれエツ
チングの開始と終了時における試料の表面を示してい
る。本実施例では、エツチング前の試料表面にダイアフ
ラムのための窓領域43と大きさの異なる４個の検出用の
窓領域20a〜20dとが配置されている。試料のエツチング
が進むにつれて、大きさの小さい検出用の窓領域20aか
ら順にエツチングによる穴22a〜22dの底が尖頭の形状と
なる。今、第７図（ｂ）の20cのエツチングの穴が尖頭
の形状となつたときが所定のエツチング量に対応するよ
うに20cの大きさを設計したときには、エツチングの穴2
2a〜22dが第８図（ｂ）に示すような形状となつたとき
に試料を引き上げてエツチングを停止させるとよいこと
になる。本実施例は、シリコン基板の厚さが基板間でば
らついているために試料のエツチング量が異なる場合に
適用することができる。すなわち、この場合にはエツチ
ングの前に試料の厚さを測定し、ダイアフラムの所定の
厚さを得るためのエツチング深さｈをこれより求める。
次に、このエツチング深さｈを先の（１）式に代入して
検出用の窓領域の大きさａを求める。このａに対応した
大きさをもつ検出用の窓領域のエツチング形状を観察
し、底面が尖頭状になつたときにエツチングを停止して
試料を引き上げる。従つて、本発明の実施例を用いるな
らばシリコン基板の厚さばらつきに起因するダイアフラ
ムの厚さばらつきを低減することができる。

以上、本発明についての実施例について詳細な説明を行
つた。なお、前記検出用の窓領域20の形状については、
本実施例に示した正方形に限られるものではなく、第９
図（ａ），（ｂ）に示すような長方形でもよい。この場
合には、エツチングを停止させる瞬間は検出用の窓領域
20のエツチング穴22が第10図（ａ），（ｂ）に示すよう
に直線状の底面になつたときである。検出用の窓領域が
長方形の場合には、長方形の長辺の長さは任意でよく、
観察し易くするために、これの長さを10mm程度にするこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明によれば従来避けられなか
つた圧力センサのダイアフラムの厚さばらつきの発生を
解決することができ、感度のばらつきがない圧力センサ
を供給することが可能となり、その結果圧力センサの品
質の向上および製造コストの低減を実現することのでき
る効果は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例を工程順に示
す要部平面図、第２図（ａ）〜（ｃ）は同断面図、第３
図は従来のエツチング装置の概念図、第４図（ａ），
（ｂ）は従来のダイアフラム形成工程を順に示す断面
図、第５図，第６図はそれぞれ本発明の他の実施例を示
す平面図、第７図（ａ），（ｂ）、第８図（ａ），
（ｂ）はさらに他の実施例を示すもので（ａ）は平面
図、（ｂ）は要部拡大平面図、第９図（ａ），（ｂ）、
第10図（ａ），（ｂ）はさらに他の実施例を示すもの
で、第９図（ａ）はダイアフラムの窓領域、（ｂ）は検
出用の窓領域をそれぞれ示す平面図、第10図（ａ）はダ
イアフラム、（ｂ）は処理後の検出用窓領域の平面図で
ある。 20,20a〜20d…検出用の窓領域、21…ダイアフラムのた
めのエツチング穴、22,22a〜22d…検出用の窓のエツチ
ング穴、23…検出穴の底面、31…冷却水、31a…吸入
口、31b…吸出口、32…開放管、33…ふた、34…ビー
カ、35…エツチング液、36…試料、37…ダイアフラム、
38…保持台、39…ヒータ、40…シリコン基板、41…保護
膜、42…ゲージ抵抗、43…ダイアフラムのための窓領域

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン圧力センサの薄肉ダイアフラムを
   異方性エッチング技術により形成する方法において、シ
   リコン基板面を覆う保護膜中に設けられた該ダイアフラ
   ム形成のための窓領域の他に、該窓領域の大きさよりも
   小さな検出用の窓領域を該保護膜の少なくとも一部に設
   け、両窓領域のエッチングを同時に進行させ、該検出用
   の窓領域のエッチング形状が尖頭状になったことをもっ
   てダイアフラム形成のための窓領域のエッチングの終了
   のための情報を得ることを特徴とする圧力センサの製造
   方法。
2. 【請求項２】シリコン圧力センサの薄肉ダイアフラムを
   異方性エッチング技術により形成する方法において、あ
   らかじめシリコン基板の厚さを測っておき、シリコン基
   板面を覆う保護膜中に設けられた当該ダイアフラム形成
   のための窓領域の他に、該窓領域の大きさよりも小さ
   く、かつ各々の大きさが異なる複数個の窓領域を一組と
   する検出用の窓領域を当該保護膜の少なくとも一部に設
   け、両窓領域のエッチングを同時に進行させ、該検出用
   の複数の窓領域のうち前記基板の厚さに対応した一つの
   窓領域のエッチング形状が尖頭状になったことをもって
   ダイアフラム形成のための窓領域のエッチングの終了の
   ための情報を得ることを特徴とする圧力センサの製造方
   法。