JPH0797643B2 - 圧力変換装置の製造方法 - Google Patents

圧力変換装置の製造方法

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JPH0797643B2
JPH0797643B2 JP16856987A JP16856987A JPH0797643B2 JP H0797643 B2 JPH0797643 B2 JP H0797643B2 JP 16856987 A JP16856987 A JP 16856987A JP 16856987 A JP16856987 A JP 16856987A JP H0797643 B2 JPH0797643 B2 JP H0797643B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、圧力を電気信号に変換する圧力変換装置の製
造方法に関し、特にセンサチップ内に基準圧力室を有す
る圧力変換装置の製造方法に関するものである。
〔従来技術〕
従来の圧力変換装置としては、例えば、第5図に示すご
ときものがある(例えば、特開昭58−63826号に記
載)。
第5図の装置は、絶対圧型の圧力変換装置であり、ピン
3及びパイプ11が設けられたハーメチックシールのステ
ム5に第2接着層8を介して台座4が接着され、さらに
その上に第1接着層7を介して圧力センサチップ1が接
着されている。
また、圧力センサチップ1の表面の入出力パッドとピン
3とは金ワイヤ2で接続されている。
また、キャップ6とステム5とは放電加工やハンダ付け
等で接着されており、真空中でハンダ9を用いて封止孔
12を封止することにより真空室10が形成されている。
上記の装置においては、真空室10が基準圧として真空に
なっており、パイプ11を通して外部圧力が圧力センサチ
ップ1の下部から印加されるようになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のごとき従来の圧力変換装置、特に絶対圧型の圧力
変換装置においては、基準圧となる真空室を形成する必
要があり、しかもステム5と圧力センサチップ1との膨
張係数の違いによる熱応力を低減する必要があるため、
台座4及び第1接着層7、第2接着層8として熱膨張係
数の近い物質を選択する等の考慮を用いて実装しなけれ
ばならず、そのため圧力センサチップ1を実装するため
に多くのコストがかかるという問題があった。
本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決するために
なされたものであり、実装が容易で低コスト化が可能な
圧力変換装置の製造方法を提供することを目的とするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明の製造方法において
は、基板をエッチングして第1の凹形領域を形成する工
程と、該第1の凹形領域の一部をエッチングして上記第
1の凹形領域よりも深い第2の凹形領域を形成する工程
と、上記第1及び第2の凹形領域を第1の薄膜で充填す
る工程と、上記第1の薄膜を覆って上記第1の薄膜と異
なる材料からなる第2の薄膜を形成する工程と、該第2
の薄膜を選択的にエッチングして上記第1の凹形領域に
通じる窓を形成する工程と、上記基板と第2の薄膜とを
マスクとして上記の窓から上記第1の薄膜をエッチング
する工程と、上記第2の薄膜上に上記の窓部分に出来た
孔を塞ぐように第3の薄膜を形成する工程とを具備する
ように構成している。
上記のように構成したことにより、本発明の製造方法に
おいては、工程数も少なく、簡単な製造でしかも精度及
び信頼性の高いダイアフラムと空洞領域とを通常のSiウ
ェハの処理工程を用いて形成することが出来、前記のご
とき圧力変換装置を同時に大量生産することが可能とな
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図乃至第3図に基づいて
説明する。なお、本発明の実施例図に示す素子断面は基
板上部の縦方向寸法を拡大して示してある。
まず、第3図は、後述する第1図及び第2図に示した本
発明の製造方法によって製造された装置を示す図であ
り、(A)は断面図、(B)は平面図である。
この装置は、圧力の変化をダイアフラム上に形成したピ
エゾ抵抗の抵抗変化として検出するものである。
第3図において、Si基板20の表面以下の部分に、該Si基
板20および絶縁性の上部第1薄膜221と上部第2薄膜222
と下部薄膜21とによって、所定の基準圧にされた空洞領
域25が気密に形成されている。また、27は空洞領域25を
エッチングする際に用いた溝であり、この溝27における
外部への開孔部は所定の膜厚の上部第2薄膜222によっ
て塞がれている。
また、上部第2薄膜222の表面の所定の位置には、ポリS
iのピエゾ抵抗23が形成されている。このピエゾ抵抗23
の表面には、表面保護用の上部第1薄膜221が形成さ
れ、該上部第1薄膜221の一部にはコンタクト用の孔が
開けられ、該孔を介してピエゾ抵抗23は金属配線24に接
続されている。
次に、作用を説明する。
上記の装置においては、空洞領域25が基準圧力室(例え
ば10Torr以下の真空)となり、上部第1薄膜221、上部
第2薄膜222及び下部薄膜21で構成されるダイアフラム2
6が印加される外部圧力に応じて変位する。
例えば、外部圧力が大きくなれば、ダイアフラム26はSi
基板20側に撓むことになる。このようにダイアフラム26
が撓めば、ダイアフラム26に応力が発生し、その結果ダ
イアフラム26の表面に形成されたポリSiのピエゾ抵抗23
の抵抗値が変化し、それによって圧力を検出することが
できる。すなわち、第3図の装置は、構造そのものが絶
対圧を検出する圧力変換装置となっている。従って、別
個に真空室を設ける必要がなく、実装は極めて容易であ
る。
次に第1図は、第3図の装置の製造工程を示す実施例で
ある。なお、ここでは、例えば0.3Ω・cm以上のn型基
板を用いる。
第1図において、まず、(a)では、Si基板20のうちの
空洞領域となる部分30に、抵抗が0.015Ω・cm以下にな
るようにイオン注入等によってリンを注入する。
更に、その部分30を後の工程においてエッチングするた
めの溝となる部分31に抵抗が0.015Ω・cm以下になるよ
うにリンをイオン注入等によって注入する。
次に、(b)において、少なくとも上記の部分30、31を
充分被えるようにSiO2又はSi3N4等からなる下部薄膜21
をCVDなどによって形成する。
次に、(c)において、フォトエッチングによって所定
のエッチング用窓32を形成する。
次に、(d)において、上記の窓32および溝となる部分
31を通して空洞領域となる部分30をエッチングする。こ
のエッチング方法として5%HFをエッチング液とした電
解エッチングを用いることにより、高濃度にリンが導入
された領域のみがエッチングされることになり、溝とな
る部分31を通して空洞領域となる部分30のみをエッチン
グすることができる。これによって溝27と空洞領域25と
が形成される。
次に(e)において、真空装置を用いて10Torr以下の気
圧に保った状態で、真空蒸着、スパッタ、LPCVD、プラ
ズマCVD等によって所定の厚さの絶縁性の上部第2薄膜2
22を形成することにより、空洞領域25と外部との通気孔
33を塞ぎ、空洞領域25を10Torr以下の真空室として気密
に形成する。なお、この際、溝27の横方向の長さおよび
高さ、幅をコントロールすることにより、空洞領域25に
成膜成分が入らないようにする。
次に、(f)において、上部第2薄膜222の表面にCVD法
によってポリSi膜を形成し、フォトエッチングによって
所定の領域のみを残すことにより、ピエゾ抵抗23を形成
する。なお、ポリSi膜のピエゾ抵抗23には所定の濃度の
不純物が注入されている。
次に、(g)において、表面にCVD法等を用いて表面絶
縁層となる上部第2薄膜221を形成し、その後、該上部
第2薄膜221の一部にフォトエッチングによってコンタ
クト用の孔開けを行う。
次に、(h)において、Al等の金属膜を形成し、フォト
エッチングによってパターニングを行ない金属配線24を
形成する。
上記の工程により、第3図のごとき装置が完成する。
次に、第2図は、本発明の製造方法の他の製造工程を示
す実施例図であり、(g)は平面図、(a)〜(f)は
(g)のA−A′断面図である。
第3図において、まず(a)では、Si基板51の表面を、
レジスト52をマスクとしてドライエッチング法等により
深さ約2μmエッチングし、浅い凹形領域53を形成す
る。
次に、(b)において、上記の浅い凹形領域53の内部
を、レジスト52をマスクとして深さ約5μmエッチング
し、空洞領域となる深い凹形領域54を形成する。
次に、(c)において、レジスト52を除去した後、スピ
ンオン法によってPSG膜55を塗布し、凹形領域53、54を
充填する。
次に、(d)において、フッ酸系のエッチング液を用い
て表面をエッチングし、Si基板51の内部に形成した凹形
領域の部分以外のPSG膜55を除去する。続いて厚さ約0.5
μmのポリSi膜56をCVD法等によって形成し、PSG膜55を
エッチングするための窓61のみを残してPSG膜55を覆う
ようにパターンを形成する。なお、窓61は、浅い凹形領
域53の周辺部に開口する位置に形成する。
次に、(e)において、前記の窓61を通してフッ酸系の
エッチング液を用いてエッチングすることにより、凹形
領域内のPSG膜55を除去して空洞領域57を形成する。
次に、(f)において、減圧CVD装置により、所定の減
圧下においてポリSi膜58を厚さ約3μmに成長させ、そ
れによって窓61を塞ぐことにより、空洞領域57を所定の
基準圧にした状態で密封し、基準圧力室59を形成する。
上記の空洞領域57の上部に位置するポリSi膜56とポリSi
膜58とがダイアフラム部60となる。
そしてこのダイアフラム部60に、ポリSi等によるピエゾ
抵抗を形成することにより、圧力変換装置として完成す
ることになる。
なお、上記の実施例においては、空洞領域の充填物とし
てPSG膜を、エッチングマスク用としてポリSiを使用し
たが、エッチングレートが大きく異なる材料であれば他
の組合せでもよい。
また、エッチングに用いた窓を塞ぐためにポリSi膜を使
用したが、窒化膜その他の薄膜を用いても塞ぐことが可
能である。
また、基板としてはシリコンの他、ガラス、セラミック
ス等も使用することが出来、基板材料は限定されない。
上記のごとき製造方法によると、基板内に空洞領域とな
る凹部を予め形成し、その中にエッチングが容易な膜を
埋め込み、その膜を後でエッチングして空洞領域を形成
するので、空洞領域の形成が容易となり、空洞領域の形
状、寸法を精密に制御することが出来る。また基板材料
も限定されることがない。また空洞領域の充填物は、空
洞領域周辺に複数個設けた空洞中心部より浅い孔を通し
て除去するので、充填物の除去及び孔を塞ぐことが容易
となる。
また、このような製造方法によると、空洞領域の厚みを
精度良く制御できるため、ピエゾ抵抗による圧力検出だ
けでなく、空洞領域の上部及び下部を電極として静電容
量の変化を検出する圧力変換装置にも適用することが出
来る。
次に、第4図は本発明の製造方法によって製造された他
の装置を示す図であり、(A)は断面図、(B)は平面
図を示す。
この装置は、Si基板40中に基板表面48より低い上面を持
つように外部に対して気密に形成された空洞領域45を有
する形式の圧力変換器であり、その他の部分、すなわち
ダイアフラム部46およびピエゾ抵抗43、金属配線等の構
成ならびに製造方法は第3図のものと同様である。ま
た、製造工程は、例えば第1図に示した製造方法の全工
程の前に、第一工程として、基板表面48より基板に対し
て、圧力変換器を形成するだけの所定の深さを持つ領域
をエッチングする工程を付け加えれば良い。
〔発明の効果〕
以上説明してきたように、この発明によれば、その構成
を基板中にダイアフラム等の圧力検知部を形成するのと
同時に基準圧力室を形成するように構成しているので、
Siウェハのバッジ処理で同時に大量に基準圧力室を持つ
圧力変換装置を製造することができ、そのため実装が極
めて容易になるので低コスト化が可能となる。また、通
常のSiのウェハプロセスとマッチするため、センサ出力
を処理する回路を同一チップ上に容易に集積化できる。
また、ダイアフラムの厚さを高精度で制御することがで
きるので、ダイアフラムサイズひいてはチップサイズを
小さくすることができ、その面からの低コスト化が可能
である。さらに、全体の構造が比較的単純で製造工程も
少ない。
また、第4図に示した実施例のごとく、センサ部がSi基
板表面よりも深く掘り込んで形成してあるものにおいて
は、センサ部が保護されているため、異物の衝突などの
苛酷な外部環境に対して強く、信頼性が高く、故障しに
くいという利点がある。
また、第2図に示した製造方法によれば、基板内の空洞
領域となる凹部を予め形成し、その中にエッチングが容
易な膜を埋め込み、その膜を後でエッチングして空洞領
域を形成する方法としたため、空洞領域の形成及び密閉
が容易となり、また空洞領域及びダイアフラム部を高精
度で制御できるため、圧力変換装置として高精度化、低
コスト化が図れるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法の一実施例図、第2図は本発
明の製造方法の他の実施例図、第3図は本発明の製造方
法によって製造された装置の断面図及び平面図、第4図
は本発明の製造方法によって製造された他の装置の断面
図及び平面図、第5図は従来装置の一例の断面図であ
る。 〈符号の説明〉 20……Si基板 21……下部薄膜領域 221……上部第1薄膜領域 222……上部第2薄膜領域 23……ポリSiピエゾ抵抗 24……金属配線 25……空洞領域 26……ダイアフラム 27……エッチング用の溝 30……空洞領域となる部分 31……エッチング用溝となる部分 32……エッチング用窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−315927(JP,A) 特開 平1−136378(JP,A) 特開 平1−136043(JP,A) 実開 平1−17447(JP,U) 特公 平5−54709(JP,B2) 特公 平5−54708(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板をエッチングして第1の凹形領域を形
    成する工程と、該第1の凹形領域の一部をエッチングし
    て上記第1の凹形領域よりも深い第2の凹形領域を形成
    する工程と、上記第1及び第2の凹形領域を第1の薄膜
    で充填する工程と、上記第1の薄膜を覆って上記第1の
    薄膜と異なる材料からなる第2の薄膜を形成する工程
    と、該第2の薄膜を選択的にエッチングして上記第1の
    凹形領域に通じる窓を形成する工程と、上記基板と第2
    の薄膜とをマスクとして上記の芯から上記第1の薄膜を
    エッチングする工程と、上記第2の薄膜上に上記の窓部
    分に出来た孔を塞ぐように第3の薄膜を形成する工程と
    を具備することを特徴とする圧力変換装置の製造方法。
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