JPH0749281A

JPH0749281A - 半導体差圧測定装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0749281A
Application number: JP19455693A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Watanabe; 哲也渡辺; Koji Nagai; 浩二長井; Hideo Tsukamoto; 秀郎塚本
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ダイアフラムの厚さ寸法を高精度かつ安価に
提供する半導体差圧測定装置の製造方法を提供する。【構成】測定ダイアフラムの両側に所定の隙間からな
るの測定室が設けられ差圧を検出する半導体差圧測定装
置の製造方法において、ＳＯＩウエハーの所要個所をエ
ッチングして、酸化シリコンとシリコンをエッチング
し、ＳＯＩウエハーの表面にエピタキシャル成長層を成
長させ、エピタキシャル成長層の表面に酸化シリコン膜
を形成したのち所要個所をエッチングし、エピタキシャ
ル成長層の表面に所定厚さのエピタキシャル成長層を成
長させ、酸化シリコン膜をストッパーとして選択研磨を
行い、エピタキシャル成長層の表面に凹部を形成し、Ｓ
ＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする為の孔
を、ＲＩＥエッチングによりエピタキシャル成長層に形
成し、弗化水素水溶液により、ＳＯＩウエハーの酸化シ
リコンをエッチングし、支持基板にＳＯＩウエハーを陽
極接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイアフラムの厚さ寸
法を高精度かつ安価に製造し得る半導体差圧測定装置の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来より一般に使用されている
従来例の構成説明図で、例えば、特開昭５９―５６１３
７号の第１図に示されている。図において、ハウジング
１の両側にフランジ２、フランジ３が嵌合い組み立てら
れ溶接等によって固定されており、両フランジ２，３に
は測定せんとする圧力Ｐ_Hの高圧流体の導入口５、圧力
Ｐ_Lの低圧流体の導入口４が設けられている。ハウジン
グ１内に圧力測定室６が形成されており、この圧力測定
室６内にセンタダイアフラム７とシリコンダイアフラム
８が設けられている。

【０００３】センタダイアフラム７とシリコンダイアフ
ラム８はそれぞれ別個に圧力測定室６の壁に固定されて
おり、センタダイアフラム７とシリコンダイアフラム８
の両者でもって圧力測定室６を２分している。センタダ
イアフラム７と対向する圧力測定室６の壁には、バック
プレ―ト６Ａ，６Ｂが形成されている。センタダイアフ
ラム７は周縁部をハウジング１に溶接されている。シリ
コンダイアフラム８は全体が単結晶のシリコン基板から
形成されている。

【０００４】シリコン基板の一方の面にボロン等の不純
物を選択拡散して４っのストレンゲ―ジ８０を形成し、
他方の面を機械加工、エッチングし、全体が凹形のダイ
アフラムを形成する。４っのストレインゲ―ジ８０は、
シリコンダイアフラム８が差圧ΔＰを受けてたわむ時、
２つが引張り、２つが圧縮を受けるようになっており、
これらがホイ―トストン・ブリッジ回路に接続され、抵
抗変化が差圧ΔＰの変化として検出される。８１は、ス
トレインゲ―ジ８０に一端が取付けられたリ―ドであ
る。８２は、リ―ド８１の他端が接続されたハ―メチッ
ク端子である。

【０００５】支持体９は、ハ―メチック端子を備えてお
り、支持体９の圧力測定室６側端面に低融点ガラス接続
等の方法でシリコンダイアフラム８が接着固定されてい
る。ハウジング１とフランジ２、およびフランジ３との
間に、圧力導入室１０，１１が形成されている。この圧
力導入室１０，１１内に隔液ダイアフラム１２，１３を
設け、この隔液ダイアフラム１２，１３と対向するハウ
ジング１の壁１０Ａ，１１Ａに隔液ダイアフラム１２，
１３と類似の形状のバックプレ―トが形成されている。

【０００６】隔液ダイアフラム１２，１３とバックプレ
―ト１０Ａ，１１Ａとで形成される空間と、圧力測定室
６は、連通孔１４，１５を介して導通している。そし
て、隔液ダイアフラム１２，１３間にシリコンオイル等
の封入液１０１，１０２が満たされ、この封入液が連通
孔１６，１７を介してシリコンダイアフラム８の上下面
にまで至っている、封入液１０１，１０２はセンタダイ
アフラム７とシリコンダイアフラム８とによって２分さ
れているが、その量が、ほぼ均等になるように配慮され
ている。

【０００７】以上の構成において、高圧側から圧力が作
用した場合、隔液ダイアフラム１３に作用する圧力が封
入液１０２によってシリコンダイアフラム８に伝達され
る。一方、低圧側から圧力が作用した場合、隔液ダイア
フラム１２に作用する圧力が封入液１０１によってシリ
コンダイアフラム８に伝達される。

【０００８】この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応
じてシリコンダイアフラム８が歪み、この歪み量がスト
レインゲ―ジ８０に因って電気的に取出され、差圧の測
定が行なわれる。しかしながら、この様な装置において
は、（１）差圧測定圧の片側の圧力は、センサの周囲に加え
られる為、更に、センサの外側を耐圧容器でカバーしな
ければならない。

【０００９】（２）電気信号を外部に取り出す為のハー
メチックシール端子が必要である。（３）シリコンウエハーを両面から加工してセンサを形
成する為、形成プロセスが複雑となる。（４）センサ自身は過大圧保護機構を有していないの
で、別に過大圧保護機構が必要となる。

【００１０】この問題点を、解決するものとして、図１
２は、例えば、本願出願人が出願した先願に係わる特願
平４−９４１５１号、発明の名称「差圧測定装置」、平
成４年４月１４日出願である。図１３は図１２のＡ−Ａ
断面図、図１４は図１２のＢ−Ｂ断面図である。図にお
いて、図１１と同一記号の構成は同一機能を表わす。以
下、図１１と相違部分のみ説明する。

【００１１】２１は、シリコン基板２２にダイアフラム
２３を形成する所定隙間からなる第１室で、間隔が極め
て狭い隙間からなる。２４は、シリコン基板２２に設け
られ第１室２１に一端が連通する第１連通孔である。２
５は、ダイアフラム２３の第１室２１が設けられた面の
反対側の面に設けられ、深さが極めて浅くなっている。

【００１２】２６は、シリコン基板２２に設けられ凹部
２５と連通し第１連通孔２４の個所を除いてダイアフラ
ム２３をリング状に囲む第２室である。２７は、ダイア
フラム２３の凹部２５側に設けられた歪検出素子であ
る。２８は、シリコン基板２２の凹部２５が設けられた
面に一面が接続され凹部２５と第２室２６と室２９を構
成する支持基板である。

【００１３】３１は、図１５に示す如く、シリコン基板
２２の支持基板２８との接合面に不純物が混入されて形
成され歪検出素子２７に一端が接続され導体からなる配
線である。３２は、図１５に示す如く、支持基板２８の
シリコン基板２２との接合面側に設けられ配線３１に一
端が接続される電極である。

【００１４】３３は、図１５に示す如く、シリコン基板
２２の電極３２の近くに設けられた溝部である。溝部３
３は、シリコン基板２２の電極３２との接触部に適切な
バネ性を付与し、電極３２と配線３１との接触を安定に
保持する。

【００１５】４１は、図１６に示す如く、シリコン基板
２２に設けられ、圧力媒体である流体中のゴミが、第１
室２１或いは室２９に混入するのを防止するフィルター
部である。この場合は、２個設けられている。

【００１６】フィルター部４１のギャップｄを半導体プ
ロセスにより十分小さく形成する事により、ゴミの混入
を防止している。即ち、今、フィルター部４１のギャッ
プｄは、第１室２１の隙間間隔をＡとし、ダイアフラム
２３の変位量をＢとした場合にｄ≦Ａ−Ｂを満足する様
に構成されている。

【００１７】フィルター部４１の一方は、第１連通孔２
４に連通されている。フィルター部４１の他方は、第２
連通孔４２を介して室２９に連通されている。５１は、
支持基板２８に設けられ、フィルター部４１の一方に連
通され、他端が大気に開口する第１導圧孔である。

【００１８】５２は、支持基板２８に設けられ、フィル
ター部４１の他方に連通され、他端が大気に開口する第
２導圧孔である。５３は、第２室２６に接続された張り
出し部である。張り出し部５３は高圧が加わった場合
に、張り出し部５３で高圧を受け、シリコン基板２２と
支持基板２８の接合部に大きな応力が発生しない様に構
成されたものである。

【００１９】以上の構成において、高圧側測定圧力が第
１室２１に印加され、低圧側測定圧力が室２９に印加さ
れる。この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてシ
リコンダイアフラム２３が歪み、この歪み量が歪検出素
子２７に因って電気的に検出され、配線３１と電極３２
とを介して外部に信号が取り出され、差圧の測定が行な
われる。

【００２０】而して、第１室２１に過大圧が印加された
場合には、ダイアフラム２３は室２９の壁によってバッ
クアップされる。一方、室２９に過大圧が印加された場
合には、ダイアフラム２３は第１室２１の壁によってバ
ックアップされる。

【００２１】このような装置は、図１７から図２４に示
す如くして制作する。（１）図１７に示す如く、ＳＯＩウエハー１０１の所要
個所１０２をＲＩＥエッチングによりシリコン１０４を
エッチング、弗酸系エッチング液により酸化シリコン１
０３をエッチングして、酸化シリコン１０３とシリコン
１０４をエッチングする。この場合は、酸化シリコン１
０３の厚さ約１μｍ、シリコン１０４の厚さ約０．５μ
ｍ、基板のシリコンの厚さ約６００μｍである。

【００２２】図１８は図１７の平面図である。（２）図１９に示す如く、ＳＯＩウエハー１０１の表面
にエピタキシャル成長層１０５を成長させる。この場合
は、エピタキシャル成長層１０５の厚さは約７０μｍで
ある。

【００２３】（３）図２０に示す如く、エピタキシャル
成長層１０５の表面を研磨により鏡面に加工する。この
場合は、約５０μｍ除去する。この工程によりダイアフ
ラム２３の厚さが決まる。（４）図２１に示す如く、エピタキシャル成長層１０５
の表面を、ＲＩＥエッチングによりエッチングして、凹
部１０６を形成する。この凹部１０６によりダイアフラ
ム２３の片側の可動範囲を決める室２９のギャップが決
まる。

【００２４】（５）図２２に示す如く、埋め込まれた、
酸化シリコン１０３をエッチングする為の孔１０７を、
ＲＩＥエッチング或いは水酸化カリウムによるエッチン
グにより形成する。

【００２５】（６）図２３に示す如く、弗化水素水溶液
あるいは、弗化水素ガスにより、酸化シリコン１０３を
エッチングする。（７）図２４に示す如く、パイレックスガラスの支持基
板２８にシリコン基板２２を陽極接合する。

【００２６】この結果、（１）差圧センサの外側は大気圧で良い為、特別の耐圧
容器が不要になる。（２）電気信号を外部に取り出す為の高耐圧のハーメチ
ックシール端子が不要となる。

【００２７】（３）シリコンウエハーを片面から加工出
来る為、形成プロセスがシンプルとなる。（４）センサ自身に過大圧保護機構を有しているので、
別に過大圧保護機構が必要でなくなる。

【００２８】（５）ダイアフラム２３は、第１室２１と
室２９と第２室２６とで囲まれているので、外乱歪が、
ダイアフラム２３に伝わるのを有効に防止することがで
き、耐ノイズ性の良好な半導体差圧測定装置が得られ
る。

【００２９】

【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２３の厚さの精度は図
２０の研磨工程によって決まる。一般に通常の研磨によ
る精度は、仕上げ厚さ５００μｍで±５μｍ程度であ
り、それ以上の精度は、不可能である。本発明において
は、ダイアフラムの厚さは約２０μｍが採用されるが、
寸法精度±５μｍ程度では、寸法誤差が大きすぎて歩留
が悪くなり、製造コストが高くなる。

【００３０】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、ダイアフラムの厚さ寸法を高精
度かつ安価に製造し得る半導体差圧測定装置の製造方法
を提供するにある。

【００３１】

【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、測定ダイアフラムの両側に測定室が設け
られた半導体差圧測定装置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半導体差圧測定装置の製造
方法を採用した。（ａ）ＳＯＩウエハーの所要個所の酸化シリコンとシリ
コンをエッチングする。（ｂ）ＳＯＩウエハーの表面にエピタキシャル成長層を
成長させる。（ｃ）前記エピタキシャル成長層の表面に酸化シリコン
膜を形成したのち所要個所をエッチングする。（ｄ）前記エピタキシャル成長層の表面に所定厚さのエ
ピタキシャル成長層を成長させる。前記酸化シリコン膜
の表面にはポリシリコンが成長する。（ｅ）前記酸化シリコン膜をストッパーとして選択研磨
を行う。（ｆ）前記エピタキシャル成長層の表面に凹部を形成す
る。（ｇ）ＳＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする
為の孔を、ＲＩＥエッチング或いはアルカリ液によるエ
ッチングにより前記エピタキシャル成長層に形成する。（ｈ）弗化水素水溶液あるいは、弗化水素ガスにより、
ＳＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする。（ｉ）支持基板に前記ＳＯＩウエハーを陽極接合する。

【００３２】

【作用】以上の方法において、ＳＯＩウエハーの所要個
所の酸化シリコンとシリコンをエッチングする。ＳＯＩ
ウエハーの表面にエピタキシャル成長層を成長させる。
エピタキシャル成長層の表面に酸化シリコン膜を形成し
たのち所要個所をエッチングする。エピタキシャル成長
層の表面に所定厚さのエピタキシャル成長層を成長させ
る。酸化シリコン膜の表面にはポリシリコンが成長す
る。酸化シリコン膜をストッパーとして選択研磨を行
う。エピタキシャル成長層の表面に凹部を形成する。Ｓ
ＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする為の孔
を、ＲＩＥエッチング或いはアルカリ液によるエッチン
グによりエピタキシャル成長層に形成する。弗化水素水
溶液あるいは、弗化水素ガスにより、ＳＯＩウエハーの
酸化シリコンをエッチングする。支持基板にＳＯＩウエ
ハーを陽極接合する。以下、実施例に基づき詳細に説明
する。

【００３３】

【実施例】このような装置は、図１から図１０に示す如
くして制作する。（１）図１に示す如く、ＳＯＩウエハー２０１の所要個
所２０２をＲＩＥエッチングによりエッチングして、酸
化シリコン２０３とシリコン２０４をエッチングする。
この場合は、酸化シリコン１０３の厚さ約１μｍ、シリ
コン１０４の厚さ約０．５μｍ、基板のシリコンの厚さ
約６００μｍである。

【００３４】（２）図２に示す如く、ＳＯＩウエハー２
０１の表面にエピタキシャル成長層２０５を成長させ
る。この場合は、エピタキシャル成長層２０５の厚さは
約２０μｍである。このエピタキシャル成長層２０５の
厚さがダイアフラム２３の厚さを決定する。

【００３５】（３）図３に示す如く、エピタキシャル成
長層２０５の表面に酸化シリコン膜２０６を形成したの
ち所要個所をエッチングする。この酸化シリコン膜２０
６は選択研磨のストッパーとなる。（４）図４に示す如く、エピタキシャル成長層２０５の
表面に所定厚さのエピタキシャル成長層２０７を成長さ
せる。この場合は、エピタキシャル成長層２０７の厚さ
は約５μｍである。このとき、酸化シリコン膜２０６の
表面にはポリシリコンが成長する。

【００３６】（５）図５に示す如く、酸化シリコン膜２
０６をストッパーとして選択研磨を行う。この場合は、
コロイダルシリカ（細かい酸化シリコンの粉）を弱アル
カリ液に混濁させたポリシング液によるメカニカルポリ
ッシュが採用されている。この場合、シリコンと酸化シ
リコンの研磨レート比が約１００倍程度あるため、酸化
シリコン膜２０６の所で削れなくなる。

【００３７】（６）図６に示す如く、酸化シリコン膜２
０６をエッチングにより除去する。なお、この酸化シリ
コン２０６は、邪魔にならない場合は、（例えば、支持
基板２８の対応する部分にへこみを付ける。）除去しな
くてもよい。（７）図７に示す如く、エピタキシャル成長層２０５の
表面を、ＲＩＥエッチングあるいは、選択酸化等によ
り、凹部２０８を形成する。

【００３８】（８）図８に示す如く、ＳＯＩウエハーの
酸化シリコン２０３をエッチングする為の孔２０８を、
ＲＩＥエッチング或いは水酸化カリウム、水酸化ナトリ
ウム等によるエッチングにより、エピタキシャル成長層
２０５に形成する。

【００３９】（９）図９に示す如く、弗化水素水溶液あ
るいは、弗化水素ガスにより、酸化シリコン２０３をエ
ッチングする。（７）図１０に示す如く、パイレックスガラスの支持基
板２８にシリコン基板２２を陽極接合する。

【００４０】この結果、エピタキシャル成長層２０５の
周縁の表面に酸化シリコン膜２０６をパターニングし、
酸化シリコン膜２０６をストッパーとして選択研磨を行
う様にしたので、ダイアフラム２３の厚さ精度が、高精
度な、半導体差圧測定装置が容易に得る事ができる。従
って、製造コストを低減することができる。この場合
は、ダイアフラム２３の厚さ２０μｍで精度±０．５μ
ｍが得られた。

【００４１】なお、ＳＯＩ基板の代わりに、シリコン基
板に酸化シリコン膜がパターニングされ、その上に、ポ
リシリコンを成長させても良い事は勿論である。また、
歪検出素子はピエゾ抵抗素子或いは振動子型歪み検出素
子でも良く、要するに歪が検出出来るものであれば良
い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、測定ダ
イアフラムの両側に測定室が設けられた半導体差圧測定
装置の製造方法において、以下の工程を有する事を特徴
とする半導体差圧測定装置の製造方法を採用した。（ａ）ＳＯＩウエハーの所要個所の酸化シリコンとシリ
コンをエッチングする。（ｂ）ＳＯＩウエハーの表面にエピタキシャル成長層を
成長させる。（ｃ）前記エピタキシャル成長層の表面に酸化シリコン
膜を形成したのち所要個所をエッチングする。（ｄ）前記エピタキシャル成長層の表面に所定厚さのエ
ピタキシャル成長層を成長させる。前記酸化シリコン膜
の表面にはポリシリコンが成長する。（ｅ）前記酸化シリコン膜をストッパーとして選択研磨
を行う。（ｆ）前記エピタキシャル成長層の表面に凹部を形成す
る。（ｇ）ＳＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする
為の孔を、ＲＩＥエッチング或いはアルカリ液によるエ
ッチングにより前記エピタキシャル成長層に形成する。（ｈ）弗化水素水溶液あるいは、弗化水素ガスにより、
ＳＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする。（ｉ）支持基板に前記ＳＯＩウエハーを陽極接合する。

【００４３】この結果、エピタキシャル成長層の周縁の
表面に酸化シリコン膜をパターニングし、酸化シリコン
膜をストッパーとして選択研磨を行う様にしたので、ダ
イアフラムの厚さ精度が、高精度な、差圧測定装置が容
易に得る事ができる。従って、製造コストを低減するこ
とができる。

【００４４】従って、本発明によれば、ダイアフラムの
厚さ寸法を高精度かつ安価に提供し得る半導体差圧測定
装置の製造方法を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチング工程説明図である。

【図２】本発明のエピタキシャル成長層２０５形成工程
説明図である。

【図３】本発明の酸化シリコン２０６形成工程説明図で
ある。

【図４】本発明のエピタキシャル成長層２０７形成工程
説明図である。

【図５】本発明の研磨工程説明図である。

【図６】本発明の酸化シリコン２０６除去工程説明図で
ある。

【図７】本発明の凹部２０８形成工程説明図である。

【図８】本発明の孔２０９形成工程説明図である。

【図９】本発明の酸化シリコン２０３のエッチング除去
工程説明図である。

【図１０】本発明の接合工程説明図である。

【図１１】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。

【図１２】先願に係わる発明の一実施例の要部構成説明
図である。

【図１３】図１２のＡ−Ａ断面図である。

【図１４】図１２のＢ−Ｂ断面図である。

【図１５】図１２の要部詳細説明図である。

【図１６】図１２の要部詳細説明図である。

【図１７】図１２のエッチング工程説明図である。

【図１８】図１２の平面図である。

【図１９】図１２のエピタキシャル成長層１０５形成工
程説明図である。

【図２０】図１２のエピタキシャル成長層１０５研磨工
程説明図である。

【図２１】図１２の凹部１０６形成工程説明図である。

【図２２】図１２の孔１０７形成工程説明図である。

【図２３】図１２の酸化シリコン１０３エッチング工程
説明図である。

【図２４】図１２の接合工程説明図である。

【符号の説明】

２１…第１室２２…シリコン基板２３…ダイアフラム２４…第１連通孔２５…凹部２６…第２室２７…歪検出素子２８…支持基板２９…室３１…配線３２…電極４１…フィルタ部４２…第２連通孔５１…第１導圧孔５２…第２導圧孔５３…張り出し部５４…第３導圧孔１０１…ＳＯＩウエハー１０２…所要個所１０３…酸化シリコン１０４…シリコン１０５…エピタキシャル成長層１０６…凹部１０７…孔２０１…ＳＯＩウエハー２０２…所要個所２０３…酸化シリコン２０４…シリコン２０５…エピタキシャル成長層２０６…酸化シリコン２０７…エピタキシャル成長層２０８…凹部２０９…孔

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/84 Ａ 9278−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定ダイアフラムの両側に測定室が設けら
れた半導体差圧測定装置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半導体差圧測定装置
の製造方法。（ａ）ＳＯＩウエハーの所要個所の酸化シリコンとシリ
コンをエッチングする。（ｂ）ＳＯＩウエハーの表面にエピタキシャル成長層を
成長させる。（ｃ）前記エピタキシャル成長層の表面に酸化シリコン
膜を形成したのち所要個所をエッチングする。（ｄ）前記エピタキシャル成長層の表面に所定厚さのエ
ピタキシャル成長層を成長させる。前記酸化シリコン膜
の表面にはポリシリコンが成長する。（ｅ）前記酸化シリコン膜をストッパーとして選択研磨
を行う。（ｆ）前記エピタキシャル成長層の表面に凹部を形成す
る。（ｇ）ＳＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする
為の孔を、ＲＩＥエッチング或いはアルカリ液によるエ
ッチングにより前記エピタキシャル成長層に形成する。（ｈ）弗化水素水溶液あるいは、弗化水素ガスにより、
ＳＯＩウエハーの酸化シリコンをエッチングする。（ｉ）支持基板に前記ＳＯＩウエハーを陽極接合する。