JPH07297411A - 半導体センサ及びその製造方法 - Google Patents

半導体センサ及びその製造方法

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JPH07297411A
JPH07297411A JP10450794A JP10450794A JPH07297411A JP H07297411 A JPH07297411 A JP H07297411A JP 10450794 A JP10450794 A JP 10450794A JP 10450794 A JP10450794 A JP 10450794A JP H07297411 A JPH07297411 A JP H07297411A
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JP
Japan
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boss
etching
boss portion
pressure
section
Prior art date
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Pending
Application number
JP10450794A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirokazu Hashimoto
廣和 橋本
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な工程で高い歩留まりと信頼性を得るこ
とができる半導体センサの製造方法を提供する。 【構成】 シリコン基板11の一方の面に感圧抵抗12
を形成し、他方の面をエッチング加工して、周辺肉厚部
15、肉薄ダイヤフラム部17、及びボス部16を形成
する半導体センサの製造方法であって、前記基板11の
他方の面のエッチング加工は、周辺肉厚部15及びボス
部16となる領域を覆い、且つボス部16となる領域に
は複数本のスリット開口14を有するエッチングマスク
13a,13bを形成し、KOH液によるエッチングを
行って周辺肉厚部15、この周辺肉厚部15より薄く且
つ底面が鋸歯状の凹凸面をなすボス部16、及びこれら
に挟まれた領域に肉薄ダイヤフラム部17を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板に拡散層に
よる感圧抵抗を形成して得られる半導体センサとその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体拡散層の機械歪による抵抗変化を
利用して圧力検出を行う半導体圧力センサが知られてい
る。通常半導体圧力センサチップは、周辺肉厚部と薄肉
ダイヤフラム部とが加工され、その薄肉ダイヤフラム部
に拡散抵抗層が形成される。半導体圧力センサの性能を
向上させるために、従来より種々の提案がなされてい
る。その一つに、ダイヤフラムの下にボス部を設けるこ
とで、感度特性の非直線性を改善する構造がある。
【0003】図6は、そのようなボス部を持つ半導体圧
力センサを示している。シリコンセンサ基板61の表面
に拡散層による感圧抵抗62a,62bが形成されてい
る。センサ基板61の裏面はエッチング加工されて、感
圧抵抗62a,62bが形成された領域に薄肉ダイヤフ
ラム64が形成され、これを挟む形で周辺肉厚部63と
ボス部65が形成されて、センサチップが構成されてい
る。
【0004】センサチップは、これと熱膨張係数が同程
度のガラス台座66にその周辺肉厚部63で接合されて
いる。ガラス台座66には、ゲージ圧センサの場合であ
れば圧力伝達用の孔67が開けられている。また圧力に
よるボス部65の変位を考慮して、ボス部65とガラス
台座66の間にギャップdが設けられている。このギャ
ップdは、センサチップの大きさにもよるが、5〜10
μm に設定される。
【0005】図6の例では、ギャップdを設けるため
に、ガラス台座66の表面を一部削っている。ガラス台
座66の表面を平坦なままとすれば、図7に示すよう
に、センサチップ側のボス部65を一部エッチングして
薄くすることが必要になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のボ
ス構造の半導体圧力センサでは、センサチップのボス部
と台座との間にギャップを設けるために、台座側または
センサチップ側に特別の加工を施さなければならないと
いう問題があった。また、ガラス台座66はセンサチッ
プのボス部65の変位に対するストッパともなるので、
その意味でもギャップdは小さい値に設定される。そう
すると、例えばセンサチップを陽極接合等を利用して台
座に接合する工程で、ボス部65の底面が静電気力等に
より誤ってガラス台座66に強固に接着されてしまうと
いう事態も生じる。ボス部65は一旦ガラス台座66に
接合されると、引きはがすことはできず、そのセンサは
不良となる。従って歩留まりや信頼性が低いものとな
る。
【0007】本発明は、上記した点に鑑みなされたもの
で、高い歩留まりと信頼性を得ることができる半導体セ
ンサを提供することを目的としている。本発明はまた、
簡単な工程で高い歩留まりと信頼性を得ることができる
半導体センサの製造方法を提供することを目的としてい
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板
に、周辺肉厚部と、その内側に閉路をなす肉薄ダイヤフ
ラム部と、更にその内側にボス部とが加工され、前記肉
薄ダイヤフラム部に拡散層による感圧抵抗が形成された
半導体センサにおいて、前記ボス部は、厚みが前記周辺
肉厚部より薄く、且つ前記感圧抵抗が形成された面と反
対側の面が凹凸面をなすことを特徴としている。
【0009】本発明による半導体センサの製造方法は、
半導体基板の一方の面に拡散層による感圧抵抗を形成す
る工程と、前記半導体基板の他方の面に周辺肉厚部及び
中央のボス部となる領域を覆い、且つボス部となる領域
には複数本のスリット開口を有するエッチングマスクを
形成する工程と、異方性エッチングにより前記半導体基
板を厚み方向及び横方向に所定比率でエッチングして、
周辺肉厚部、この周辺肉厚部より薄く且つ前記感圧抵抗
が形成された面と反対側の面が凹凸面をなすボス部、及
びこれらに挟まれた領域に肉薄ダイヤフラム部を形成す
る工程とを有することを特徴としている。
【0010】
【作用】本発明によるセンサチップは、ボス部が周辺肉
厚部よりも薄く、且つボス部底面(即ち感圧抵抗が形成
された面と反対側の面)が凹凸面なっている。従ってこ
のセンサチップを台座に接合したときに、ボス部と台座
との間に所定のギャップが得られるだけでなく、ボス部
底面が台座に接触することがあっても大きな面での接触
はなく、凹凸面による点接触に近い接触になるから、従
来のようにボス部が台座に強固に接着されるという事態
が防止される。
【0011】また本発明の方法によると、センサチップ
のダイヤフラム加工の工程で同時に、ボス部を周辺肉厚
部より薄く且つその底面を凹凸面とすることができる。
これは、センサチップ基板の結晶方位と異方性エッチン
グの組み合わせを選択して、横方向エッチングによるア
ンダーカットを積極的に利用することにより可能とな
る。またこのとき、細いスリット開口でのエッチング速
度が広い開口でのそれより小さくなるという現象が利用
されている。即ちダイヤフラム加工のエッチングマスク
のボス部に複数のスリット開口を設けておくことによ
り、深さ方向のエッチング進行に伴って各開口部ではア
ンダーカットが生じる。ダイヤフラム部の広いマスク開
口に比べてボス部のスリット開口部ではエッチング速度
が遅いが、隣接する開口からのアンダーカットが互いに
重なるまでエッチングを続ければ、ボス部では断面鋸歯
状の凹凸面となり、やがてその凸部もエッチングマスク
の底面から離れて、全体としてボス部の厚みが周辺肉厚
部より薄くなった状態が得られる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図1〜図4は、一実施例による半導体圧力セン
サの製造工程を示している。センサ基板としてこの実施
例では、(110)面を主面とする単結晶シリコン基板
11を用いている。図1は、シリコン基板11の一方の
面に拡散層による感圧抵抗12a,12bを形成した
後、他方の面にダイヤフラム加工用のエッチングマスク
13を形成した状態である。図1(a)はそのマスク側
の平面図であり、同図(b)はそのA−A′断面図であ
る。なお感圧抵抗12a,12bが形成された面は全面
マスクで覆われるが、図では省略している。
【0013】エッチングマスク13は、周辺肉厚部を保
護するためのマスク部13aと、中央のボス部を保護す
るためのマスク部13bからなり、それらの間の開口が
ダイヤフラム加工部である。マスク部13bには、複数
本のスリット開口14が開けられている。エッチングマ
スク13は例えば、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜で
あり、通常のリソグラフィによりパターン形成される。
【0014】この様なエッチングマスク13を形成した
後、面異方性を持つエッチングであるKOH液を用いた
エッチングを行う。具体的なエッチング条件として例え
ば、20〜50%KOH液を用い、温度50〜100℃
とする。このとき、エッチング進行の様子を図1(b)
の断面に対応させて、図2に示す。図2ではエッチング
進行の途中段階の様子を破線で示し、最終的エッチング
形状を実線で示している。
【0015】図2に示すように、エッチングは厚み方向
に進行すると同時に、横方向エッチングが進行してアン
ダーカットが生じ、異方性の結果所定面方位の斜面が出
てくる。エッチング進行に伴って、スリット状開口14
を持つボス部16は破線のように断面鋸歯状の凹凸が形
成され、更に隣接開口からのアンダーカットが互いにつ
ながって、やがてボス部16はマスク部13bから分離
して、実線で示すように全体として少し薄くなったボス
部16が得られる。周辺肉厚部15はアンダーカットに
より幅が狭くなるが厚みはもとのまま保持され、これと
ボス部16の間に肉薄のダイヤフラム17が閉路をなし
て形成される。
【0016】図3(a)(b)は、エッチングマスクを
除去した状態の加工面側平面図とそのA−A′断面図で
ある。アンダーカットによって、図示のように、ダイヤ
フラム周辺には、(100)面の斜面(約35°)と
(111)面の斜面(約45°)とが出る。KOH液に
よるエッチング速度は、(100)面が(110)面の
約1/2であり、(111)面ではこれらの数百分の一
と遅い。また、細いスリット開口でのエッチング速度は
広い開口でのそれに比べて遅くなることが知られている
(例えば、KURT E.PETERSEN, ”Silicon as a Mechanic
al Material”,PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL.70, N
O.5,MAY 1982, P426参照)。これらのエッチング速度の
関係から、最終的に図3(b)に示すようにボス部16
の厚みが周辺肉厚部15に比べてdだけ小さく、またダ
イヤフラム部17の厚みt1とボス部16の薄い部分の
厚みt2との関係が、t2/t1>10を満たすような
鋸歯状凹凸面を持つボス部16が得られる。
【0017】以上のようにして、ダイヤフラム加工の工
程で同時にボス部16の厚みを周辺肉厚部15より少し
薄くしたセンサチップが得られる。このセンサチップ
を、図4に示すように熱膨張係数がシリコンに近いガラ
ス台座21に陽極接合等により接合して、圧力センサが
得られる。ガラス台座21には圧力伝達用の孔22が開
けられている。図示のようにガラス台座21は表面が平
坦であるが、台座面とボス部16の間に自動的にギャッ
プdが入る。
【0018】以上のようにこの実施例によれば、台座2
1とボス部16の間にギャップを設けるための格別の加
工工程を必要とせず、簡単に必要なギャップを確保する
ことができる。またこの実施例によるセンサチップは、
上述のようにボス部16の底面が鋸歯状凹凸面となって
いるため、ガラス台座21に静電気等により接着されて
しまうといった事故が防止される。
【0019】図5は、本発明の別の実施例にかかるセン
サチップを示している。図5(a)は感圧抵抗側の面、
同図(b)は反対側の面、同図(c)は(a)のA−
A′断面である。先の実施例と対応する部分には先の実
施例と同一符号を付して詳細な説明は省く。この実施例
では、ダイヤフラムの下に二つのボス部16a,16b
が形成されたダブルボス構造としている。二つのボス部
16a,16bの間の肉薄ダイヤフラム部にも感圧抵抗
12c,12dが形成されている。製造方法は基本的に
先の実施例と同様であり、ダイヤフラム加工時のボス部
のエッチングマスクにスリット開口を設けておくことに
よって、これらのボス部16a,16bの底面を鋸歯状
凹凸面とし、且つその厚みを周辺肉厚部15より薄くし
ている。この実施例によっても、先の実施例と同様の効
果が得られる。
【0020】本発明は上記実施例に限られない。例えば
実施例では、(110)面を主面に持つシリコン基板を
用い、ダイヤフラム加工時の異方性エッチングとしてK
OH液を用いたが、これと等価な関係を持つ結晶方位基
板と異方性エッチングの組み合わせを利用する事ができ
る。また本発明は、圧力センサの他、同様のボス構造を
持つ加速度センサにも適用することができる。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、セン
サチップのボス部と台座の間にギャップを設けるための
格別の加工工程を必要とせず、簡単に必要なギャップを
確保することができる。また本発明による半導体センサ
は、ボス部の底面を凹凸面とすることにより、ボス部の
底面が台座に接着されるといった事故を確実に防止する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例のマスク形成工程を示す。
【図2】 同実施例のエッチング加工工程を示す。
【図3】 同実施例のエッチング加工終了状態を示す。
【図4】 同実施例のセンサチップを台座に接合した状
態を示す。
【図5】 本発明の別の実施例によるセンサチップを示
す。
【図6】 従来の圧力センサの一例を示す。
【図7】 従来の圧力センサの他の例を示す。
【符号の説明】
11…シリコン基板、12a,12b…感圧抵抗、13
(13a,13b)…エッチングマスク、14…スリッ
ト開口、15…周辺肉厚部、16…ボス部、17…肉薄
ダイヤフラム部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に、周辺肉厚部と、その内側
    に閉路をなす肉薄ダイヤフラム部と、更にその内側にボ
    ス部とが加工され、前記肉薄ダイヤフラム部に拡散層に
    よる感圧抵抗が形成された半導体センサにおいて、 前記ボス部は、厚みが前記周辺肉厚部より薄く、且つ前
    記感圧抵抗が形成された面と反対側の面が凹凸面をなす
    ことを特徴とする半導体センサ。
  2. 【請求項2】 半導体基板の一方の面に拡散層による感
    圧抵抗を形成する工程と、 前記半導体基板の他方の面に周辺肉厚部及び中央のボス
    部となる領域を覆い、且つボス部となる領域には複数本
    のスリット開口を有するエッチングマスクを形成する工
    程と、 異方性エッチングにより前記半導体基板を厚み方向及び
    横方向に所定の比率でエッチングして、周辺肉厚部、こ
    の周辺肉厚部より薄く且つ前記感圧抵抗が形成された面
    と反対側の面が凹凸面をなすボス部、及びこれらに挟ま
    れた領域に肉薄ダイヤフラム部を形成する工程とを有す
    ることを特徴とする半導体センサの製造方法。
JP10450794A 1994-04-20 1994-04-20 半導体センサ及びその製造方法 Pending JPH07297411A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021025966A (ja) * 2019-08-08 2021-02-22 ローム株式会社 Memsセンサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021025966A (ja) * 2019-08-08 2021-02-22 ローム株式会社 Memsセンサ

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