JPS60158675A - ダイヤフラムセンサ - Google Patents
ダイヤフラムセンサInfo
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- JPS60158675A JPS60158675A JP59013672A JP1367284A JPS60158675A JP S60158675 A JPS60158675 A JP S60158675A JP 59013672 A JP59013672 A JP 59013672A JP 1367284 A JP1367284 A JP 1367284A JP S60158675 A JPS60158675 A JP S60158675A
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- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ダイヤ7ラムセンサに関する。
シリコンの一部領域をエツチング等で薄く加工したダイ
ヤスラム構造を有するセンサの代表例とシテシリコン圧
力センサがちる。このシリコン圧力センサにおいては、
ダイヤフラムの板厚が特性を大きく左右する。そのため
、シリコン圧力センサの製造にあってはダイヤフラムの
板厚を精度よく加工する技術が重要となる。その技術は
U、S。
ヤスラム構造を有するセンサの代表例とシテシリコン圧
力センサがちる。このシリコン圧力センサにおいては、
ダイヤフラムの板厚が特性を大きく左右する。そのため
、シリコン圧力センサの製造にあってはダイヤフラムの
板厚を精度よく加工する技術が重要となる。その技術は
U、S。
pat 、4003.127で与えられ、その概要を第
1図を用いて説明する。1はシリコン圧力センサチツブ
を示す。2は単結晶シリコン、3はダイヤフラム、4は
拡散抵抗層、5a、5bは抵抗層4に電流を流すための
パッド、°。
1図を用いて説明する。1はシリコン圧力センサチツブ
を示す。2は単結晶シリコン、3はダイヤフラム、4は
拡散抵抗層、5a、5bは抵抗層4に電流を流すための
パッド、°。
5c、5aはボンディングされたワイヤ、6は酸化11
’% 7 b上にエピタキシャル成長させたポリシリコ
ン層、7a、7bは酸化膜である。
’% 7 b上にエピタキシャル成長させたポリシリコ
ン層、7a、7bは酸化膜である。
この素子の機能は、ダイヤフラム3に圧力が加えられる
と、ダイヤフラム3がたわみその結果抵抗層4の抵抗値
が変化する。その抵抗変化をワイヤ5c、5ciでとり
だすものである。
と、ダイヤフラム3がたわみその結果抵抗層4の抵抗値
が変化する。その抵抗変化をワイヤ5c、5ciでとり
だすものである。
そして、このような7リコン圧力センサは次の手順で製
造される。(1)シリコン単結晶2を酸化し酸化膜7b
を作る。(2)この酸化tg 7 b上にポリシリコン
ロをエピタキシャル成長させる。このとき酸化膜上に成
長したシリコンは、ポリシリコンにしかなりえず単結晶
は作られないものである。(3)ポリシリコンロ中に抵
抗4を拡散形成する。(4)通常の方法で、パッド5a
、5bを形成する。(5)エツチング技術を用いて、ダ
イヤフラム3を形成する。(6)マウントするため、ワ
イヤ5C,5dをポンティングする。
造される。(1)シリコン単結晶2を酸化し酸化膜7b
を作る。(2)この酸化tg 7 b上にポリシリコン
ロをエピタキシャル成長させる。このとき酸化膜上に成
長したシリコンは、ポリシリコンにしかなりえず単結晶
は作られないものである。(3)ポリシリコンロ中に抵
抗4を拡散形成する。(4)通常の方法で、パッド5a
、5bを形成する。(5)エツチング技術を用いて、ダ
イヤフラム3を形成する。(6)マウントするため、ワ
イヤ5C,5dをポンティングする。
この構造のセンサは、ダイヤフラム形成のためシリコン
エツチングのストッパに酸化+1!I 3を使うため精
度よくエツチングできる利点があるけれども、拡散抵抗
4がポリシリコンロ中に形成されるため、ピエゾ抵抗効
果が単結晶に比較し小さくなること、強度も単結晶に比
べ小さくなるという、圧力センサにとっては重大な欠点
がめったものである。
エツチングのストッパに酸化+1!I 3を使うため精
度よくエツチングできる利点があるけれども、拡散抵抗
4がポリシリコンロ中に形成されるため、ピエゾ抵抗効
果が単結晶に比較し小さくなること、強度も単結晶に比
べ小さくなるという、圧力センサにとっては重大な欠点
がめったものである。
以上の欠点を補うものとしてU、8.Pat。
381911が知られている。第2図にその概要を示す
。機能は先の例と同じである。製法手順は次のとおりで
、まず、(1)単結晶シリコン2の表面を酸化した後、
ポリシリコン層6と形成する。(2)単結晶シリコン2
中に拡散抵抗層4a、4bを形成する。(3)ダイヤフ
ラム3を形成する。
。機能は先の例と同じである。製法手順は次のとおりで
、まず、(1)単結晶シリコン2の表面を酸化した後、
ポリシリコン層6と形成する。(2)単結晶シリコン2
中に拡散抵抗層4a、4bを形成する。(3)ダイヤフ
ラム3を形成する。
この方法によれば、先の例と同様酸化膜7bをエツチン
グのストuパにできるので精度の高いエツチングがでヘ
ル〜しか12、単結晶シリコン2の板厚が通常25μと
極めて薄いため、25μのウェハを得ることは加工上困
難なうえ、ポリシリコンをエピタキシャルするプロセス
が、ウェハを割らないようにする機械的強度のうえでむ
ずかしい。
グのストuパにできるので精度の高いエツチングがでヘ
ル〜しか12、単結晶シリコン2の板厚が通常25μと
極めて薄いため、25μのウェハを得ることは加工上困
難なうえ、ポリシリコンをエピタキシャルするプロセス
が、ウェハを割らないようにする機械的強度のうえでむ
ずかしい。
仮に、厚いウェハ2を使用しようとすれば、必要厚さに
研磨するという煩雑な工程を必要とする。
研磨するという煩雑な工程を必要とする。
さらにポリシリコン層6を厚く形成しようとするとポリ
クリコン層6にクラック等割れが生ずる弊害を有する。
クリコン層6にクラック等割れが生ずる弊害を有する。
さらにウェハに大きなそりが発生し、ホトリソクラフイ
が精度よくできなくなるという欠点も有する。
が精度よくできなくなるという欠点も有する。
本発明の目的は、特性がよくかつ加工精度の良好なダイ
ヤフラムセンサを提供するものである。
ヤフラムセンサを提供するものである。
このような目的を達成するために本発明は、単結晶シリ
コンからなる基板上に酸化膜を介して形成された再結晶
層にセンサ素子が形成され、前記単結晶シリコンが前記
酸化膜をストッパとして部分エツチングされているもの
である。
コンからなる基板上に酸化膜を介して形成された再結晶
層にセンサ素子が形成され、前記単結晶シリコンが前記
酸化膜をストッパとして部分エツチングされているもの
である。
本発明の実施例を第3図に示す。8は第1図で示したも
のと同じ機能を有する圧力センサの圧力検出部である。
のと同じ機能を有する圧力センサの圧力検出部である。
9は、圧力検出部8を構成する基板で比抵抗1Ωm以上
のp又はn形シリコンである。10は基板9上に形成さ
れた酸化膜、11は酸化膜10上に形成された再結晶層
からなシ、一般に0.5Ω国以上の比抵抗を有するn形
シリコンである。12はダイヤフラム部で、その領域に
対応した基板9はエツチングで除去されているもので、
この際酸化膜10はエツチング時のエツチングストッパ
になっている。13a−13dは再結晶層11に拡散形
成されたピエゾ抵抗層、14a〜14dはその電極部で
ある。
のp又はn形シリコンである。10は基板9上に形成さ
れた酸化膜、11は酸化膜10上に形成された再結晶層
からなシ、一般に0.5Ω国以上の比抵抗を有するn形
シリコンである。12はダイヤフラム部で、その領域に
対応した基板9はエツチングで除去されているもので、
この際酸化膜10はエツチング時のエツチングストッパ
になっている。13a−13dは再結晶層11に拡散形
成されたピエゾ抵抗層、14a〜14dはその電極部で
ある。
このような構成において、(1)酸化膜10はアルカリ
エツチングのための良好なストッパ材であるため、エツ
チング時間はその正確さを必要とせず、かつ所定のダイ
ヤフラム厚を精度よく形成できる。
エツチングのための良好なストッパ材であるため、エツ
チング時間はその正確さを必要とせず、かつ所定のダイ
ヤフラム厚を精度よく形成できる。
(2)エツチング領域裏面の状態に左右されやすかった
ダイヤフラム面が酸化膜面であるため鏡面が保持される
。
ダイヤフラム面が酸化膜面であるため鏡面が保持される
。
(3)ダイヤフラム裏面が酸化膜でカバーされるため耐
環境性に優れている。
環境性に優れている。
(4)ダイヤフラム厚さは再結晶層厚さで決定されるも
のであり、その厚さは一般に25μm程度であるのでウ
ェハ内±5%の厚さばらつきがあったとしても±1.3
μmの厚さばらつきであるため、従来のウェハ平行度7
μmから生ずるダイヤフラムばらつき±3.5μmnを
大きく改善できる。
のであり、その厚さは一般に25μm程度であるのでウ
ェハ内±5%の厚さばらつきがあったとしても±1.3
μmの厚さばらつきであるため、従来のウェハ平行度7
μmから生ずるダイヤフラムばらつき±3.5μmnを
大きく改善できる。
再結晶層表面にも酸化膜を形成することが普通で、この
とき表mlと裏面の酸化膜で応力のバランスがとれる。
とき表mlと裏面の酸化膜で応力のバランスがとれる。
この効果はダイヤフラムの応力を測定する。
次にこのようなシリコン圧力センサの製造方法を第4図
(a)ないしくe)を用いて説明する。第4図において
第3図に対応する部材は同一記号で示している。
(a)ないしくe)を用いて説明する。第4図において
第3図に対応する部材は同一記号で示している。
(a)たとえば1〜5Ω副のpあるいはn形単結晶ウェ
ハ9の両面にそれぞれ酸化膜10および10′を形成す
る。
ハ9の両面にそれぞれ酸化膜10および10′を形成す
る。
(b)前記酸化膜10上に多結晶シリコン11を5II
(4を用いてたい積される。たい漬方法は、真空蒸着法
等が用いられる。
(4を用いてたい積される。たい漬方法は、真空蒸着法
等が用いられる。
(C)多結晶シリコン11を局所的に溶融させる装置1
5(装置1t15の直下の多結晶シリコンが局所的に融
点14120以上になる7、oneme Lt ing
)をウェハの右端から左端まで移動することによって
、多結晶層11を単結晶層にかえることができる(帯域
溶融法)。装置15については、色々研究が進められ、
例えばY、 Kobayasllietel ” Zo
ngMelting Recrystallizati
on ofPolycrystalline 19i1
icon Filns onFused 19i1ic
a 5ubStrateS [JSing RFHea
ted Carl)On 5usceptor ” I
EEEElectron [)evice 1ett
、 、 VoL 、 EDL−4゜A5.pp132
134 (1983)に詳しく報告されている。
5(装置1t15の直下の多結晶シリコンが局所的に融
点14120以上になる7、oneme Lt ing
)をウェハの右端から左端まで移動することによって
、多結晶層11を単結晶層にかえることができる(帯域
溶融法)。装置15については、色々研究が進められ、
例えばY、 Kobayasllietel ” Zo
ngMelting Recrystallizati
on ofPolycrystalline 19i1
icon Filns onFused 19i1ic
a 5ubStrateS [JSing RFHea
ted Carl)On 5usceptor ” I
EEEElectron [)evice 1ett
、 、 VoL 、 EDL−4゜A5.pp132
134 (1983)に詳しく報告されている。
次に、図示しないが、単結晶層化した層11に通常の拡
散工程でピエゾ抵抗、電極を形成する。
散工程でピエゾ抵抗、電極を形成する。
(d) 8面ダイヤフラムを形成する部分16の酸化膜
を除去し、 (e)アルカリエツチングすることにより、ダイヤフラ
ム12が形成される。このとき酸化膜10がエツチング
ストッパとなり、ダイヤフラム面が、エツチング時間と
は関係なく決定される。
を除去し、 (e)アルカリエツチングすることにより、ダイヤフラ
ム12が形成される。このとき酸化膜10がエツチング
ストッパとなり、ダイヤフラム面が、エツチング時間と
は関係なく決定される。
この後、各センサ毎にダイシングすることによって第3
図の圧力検出チップが得られる。
図の圧力検出チップが得られる。
再結晶方法によって、単結晶11を得る更に良好な方法
を第5図に示す。第4図に対応した部材は同一記号を付
している。第4図と異なる工程を説明すると、(a)’
において、酸化膜10の一部分を除去し、基板9の表面
が露出する領域17を設ける。この領域はウェハ全面に
一様にある必要はなく、たとえばウェハの周辺部のみで
あってもよい。本例ではチップの切り代部分(ダイシン
グ部分)をその領域にあてている。
を第5図に示す。第4図に対応した部材は同一記号を付
している。第4図と異なる工程を説明すると、(a)’
において、酸化膜10の一部分を除去し、基板9の表面
が露出する領域17を設ける。この領域はウェハ全面に
一様にある必要はなく、たとえばウェハの周辺部のみで
あってもよい。本例ではチップの切り代部分(ダイシン
グ部分)をその領域にあてている。
(b)多結晶シリコン11を堆積すると前記領域17に
おいて多結晶シリコンと基板9が接合する。
おいて多結晶シリコンと基板9が接合する。
(C)多結晶シリコン11を局所的に溶融させる装置1
5を図中右端から左端まで移動させると領域 。
5を図中右端から左端まで移動させると領域 。
17が核となり基板9の結晶方向に多結晶11も単結晶
化しやすい傾向となる。その後の工程は第4図の場合と
同様である。この実施例では、第4図の場合と比較し、
1工程増えるものの、(1)より良質な単、清晶層11
を得ることができる。(2)再結晶層11と基板9を同
一電位に保てる等の利点を有する。
化しやすい傾向となる。その後の工程は第4図の場合と
同様である。この実施例では、第4図の場合と比較し、
1工程増えるものの、(1)より良質な単、清晶層11
を得ることができる。(2)再結晶層11と基板9を同
一電位に保てる等の利点を有する。
ここで、さらにより厚い単結晶層11を得る方法を第6
図に示す。
図に示す。
(a)例えば第4図(C)の工程後、単結晶層11が得
られるが、その単結晶層上に通常のエピタキシャル層1
1’を追加する方法である。この方法を採れば、比較的
薄い(0,5〜1μm)多結晶シリコン層11を単結晶
化しておけばよいので、単結晶化の作業が容易である。
られるが、その単結晶層上に通常のエピタキシャル層1
1’を追加する方法である。この方法を採れば、比較的
薄い(0,5〜1μm)多結晶シリコン層11を単結晶
化しておけばよいので、単結晶化の作業が容易である。
(b)は(a)と同様であるが多結晶シリコン層11と
基板aを接合させる領域17を設けた例である。
基板aを接合させる領域17を設けた例である。
このような製造方法を採る場合、再結晶化層11に埋込
層を形成した後エピタキシャル層11′を形成できるこ
とから、第7図に示したように集積回路(IC)用に適
した構造とすることができる。すなわち、第7図におい
て、p形多結晶シリコン層11を単結晶化した後、n形
埋込層18を拡散する。その後、n形エピタキシャル層
11′を形成する。そのとき埋込層18は熱拡散でエピ
タキシャル層11内に広がシ埋込層の19を形成する。
層を形成した後エピタキシャル層11′を形成できるこ
とから、第7図に示したように集積回路(IC)用に適
した構造とすることができる。すなわち、第7図におい
て、p形多結晶シリコン層11を単結晶化した後、n形
埋込層18を拡散する。その後、n形エピタキシャル層
11′を形成する。そのとき埋込層18は熱拡散でエピ
タキシャル層11内に広がシ埋込層の19を形成する。
p形絶縁領域20を形成することにより、ICに必要な
島領域21が形成できるものである。
島領域21が形成できるものである。
更に他の実施例を第8図に示す。これは酸化膜をダイヤ
フラムとする超薄膜構造体である。(a)が断面図で、
(b)が傾視図である。各部の部品には第4図の符号を
対応させているものである。
フラムとする超薄膜構造体である。(a)が断面図で、
(b)が傾視図である。各部の部品には第4図の符号を
対応させているものである。
第4図の(d)工程後、単結晶層11の必要なパターン
のみを残し他を除去すれば第8図の構造体が得られる。
のみを残し他を除去すれば第8図の構造体が得られる。
このとき、単結晶層11は薄い方が、酸化膜ダイヤフラ
ムに影響する応力が小さいので有効である。この構造体
を圧力センサとして使用する場合には、ダイヤフラム板
厚を酸化膜厚にできるので、1μm程度のダイヤフラム
形成が可能であるため、極めて微小圧力を測定すること
ができる。
ムに影響する応力が小さいので有効である。この構造体
を圧力センサとして使用する場合には、ダイヤフラム板
厚を酸化膜厚にできるので、1μm程度のダイヤフラム
形成が可能であるため、極めて微小圧力を測定すること
ができる。
以上、説明はわかりやすいため、圧力センサで行なった
が、ダイヤフラムを利用する素子あるいは、素子の一部
を薄膜又は厚さが異なる3次元構造体として使う素子で
あれば、本発明がすべて適用できることは明らかである
。
が、ダイヤフラムを利用する素子あるいは、素子の一部
を薄膜又は厚さが異なる3次元構造体として使う素子で
あれば、本発明がすべて適用できることは明らかである
。
シリコンの微細加技術を利用してビーム23を形成する
ため、ビームから周辺肉厚部との固定部26への熱流を
小さくすることができる。そして、すべて一体構造であ
るので、固体化が小形な流量センサを提供できる効果が
ある。また、pn接合を使うことがないため、リーク電
流を非常に小さくすることができるとともに高温度で使
用が可能である。
ため、ビームから周辺肉厚部との固定部26への熱流を
小さくすることができる。そして、すべて一体構造であ
るので、固体化が小形な流量センサを提供できる効果が
ある。また、pn接合を使うことがないため、リーク電
流を非常に小さくすることができるとともに高温度で使
用が可能である。
このように、常に薄膜構造体のみならず、3次元微細構
造体製造に適していることがわかる。
造体製造に適していることがわかる。
以上述べたことから明らかなように本発明によるダイヤ
フラムセンサによれば、特性がよく加工精度の良好なも
のが得られるようになる。
フラムセンサによれば、特性がよく加工精度の良好なも
のが得られるようになる。
第1図は従来のダイヤフラムセンサの一例ヲ示す斜視断
面図、第2図は従来のダイヤフラムセンサの他の例を示
す断面図、第3図は本発明によるダイヤフラムセンサの
一実施例を示す一部破断斜視図、第4図(a)ないしく
e)は本発明によるダイヤフラムセンサの製造方法の一
実施例を示す工程図、第5図(a)ないしくe)は本発
明によるダイヤフラムセンサの製造方法の他の実施例を
示す工程図、第6図(a)、 (b)はそれぞれ本発明
によるダイヤフラムセンサの製造方法の他の実施列を示
す説明図、第7図は本発明によるダイヤフラムセンサの
製造方法の他の実施例を示す説明図、第8図(a)、
(b)は本発明によるダイヤフラムセンサの他の実施列
を示す構成図で第8図(a)は断面図、第8図(b)は
一部破断斜視図である。 9・・・シリコン基体、10・・・酸化膜、11・・・
再結晶層、13・・・拡散層、12・・・ダイヤフラム
。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 第1図 半2図 第3図 84団 第5図 竿60 0 (b) $7図 H′8図 (a) z (b) 第1頁の続き @発明者 1)辺 正 則 日立市幸町3丁目所内 @発明者 小 堀 重 幸 日立市幸町3丁目所内
面図、第2図は従来のダイヤフラムセンサの他の例を示
す断面図、第3図は本発明によるダイヤフラムセンサの
一実施例を示す一部破断斜視図、第4図(a)ないしく
e)は本発明によるダイヤフラムセンサの製造方法の一
実施例を示す工程図、第5図(a)ないしくe)は本発
明によるダイヤフラムセンサの製造方法の他の実施例を
示す工程図、第6図(a)、 (b)はそれぞれ本発明
によるダイヤフラムセンサの製造方法の他の実施列を示
す説明図、第7図は本発明によるダイヤフラムセンサの
製造方法の他の実施例を示す説明図、第8図(a)、
(b)は本発明によるダイヤフラムセンサの他の実施列
を示す構成図で第8図(a)は断面図、第8図(b)は
一部破断斜視図である。 9・・・シリコン基体、10・・・酸化膜、11・・・
再結晶層、13・・・拡散層、12・・・ダイヤフラム
。 代理人 弁理士 鵜沼辰之 第1図 半2図 第3図 84団 第5図 竿60 0 (b) $7図 H′8図 (a) z (b) 第1頁の続き @発明者 1)辺 正 則 日立市幸町3丁目所内 @発明者 小 堀 重 幸 日立市幸町3丁目所内
Claims (1)
- 1、単結晶シリコンからなる基板上に酸化膜を介して形
成された再結晶j−にセンサ素子が形成され、前記単結
晶シリコンが前記酸化膜をストッパとして部分エツチン
グされていることを特徴とするダイヤフラムセンサ。
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