JPS60201665A - 圧力・電気変換装置の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ピエゾ抵抗効果を利用した圧力−電気変換装
置に関し、さらに詳しくは工業的な大量生産に適した圧
力−電気変換装置に関する。

［従来技術］ 従来、圧力−電気変換装置としては、半導体ダイヤフラ
ム上に半導体圧電変換素子（歪ゲージ）を拡散等の方法
によって形成し、圧力変化をピエゾ抵抗効果による抵抗
値の変化として検出するものが知られている。ここに上
記変換装置の精度は、ダイヤフラムの両面の平行度、及
びその均一性に依存する。

しかし、上記した従来の変換装置は以下の如き欠点を有
する。

即ち工業的大量生産が困難である。ダイ１７フラムの両
面を平行度よく、かつ均一に作製する過程の制御が困難
だからである。一般にダイヤフラムは半導体基板をエツ
チングして所望の厚さとするのであるが、エツチング速
度はエツチング液の温度、撹拌状態、組成の変化等に左
右されるため、その制御が極めて困難だからである。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑み案出されたものであり、工業的
大量生産が可能であり、かつ、ダイヤフラムの形成が容
易な圧力−電気変換装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ 本発明はダイ１７フラム作製時のエツチング制御を、エ
ツチング停止層を用いることによって自動的に行なうと
ともに、該ダイヤフラムをアモルファス半導体又は多結
晶半導体の再結晶化によって形成することにより、上記
目的を達成するものである。

即ち本発明は、単結晶シリコン基板の両面表層部近傍の
必要部位に、それぞれ形成されＩζエツチング第１停止
層及び前記基板のエツチングによりダイヤフラムの一端
面となるエツチング第２停止層と、 前記第２停止層側の前記基板表面上に形成され圧電変換
素子を保持するダイヤフラム部と、前記ダイヤフラム部
の必要部位に、アモルファスシリコン又は多結晶シリコ
ンを再結晶化させて生成した再結晶化単結晶シリコンを
原料として形成された少なくとも１の圧電変換素子と、
前記再結晶化単結晶シリコン層の少なくとも表層部に、
該再結晶化単結晶シリコンの化合物によって形成された
絶縁層と、 前記第１停止層と前記ダイヤフラム部とに挾まれ、前記
基板のエツチング残部として形成されたダイヤフラム支
持部と から成ることを特徴とする圧力−電気変換装置である。

停止層はエツチングの進行を停止させる機能を有する。

即ち、エツチング液の温度等の如何に拘らず、１ツチン
グは該停止層に至ると自動的に停止する。第２停止層上
にはダイヤフラム部が形成され、又第１停止層上にはダ
イヤフラム支持部が形成される。かかる停止層は単結晶
シリコンの熱酸化等によって形成する。

ダイヤフラム部は圧電変換素子を保持する機能を有する
。即ち、圧力が加わるとダイヤフラム部は変位し、該変
位は該ダイヤフラム部と一体的に形成された圧電変換素
子に伝えられる。ダイヤフラム部は上記第２停止層上部
にアモルファス又は多結晶シリコンを堆積させ、必要に
応じこれを再結晶化して形成する。再結晶化はレーザビ
ーム、電子ビーム、赤外線ランプ等によっても行なうこ
とができる。

圧電変換素子（歪ゲージ）は、ピエゾ抵抗効果により機
械的変位を電気抵抗変化に変換する機能を有する。圧電
変換素子はＰ型又はＮ型単結晶シリコンを用い、前記ダ
イヤフラム部に該ダイヤフラム部と一体的にアモルファ
スシリコン又は多結晶シリコンの再結晶化によって形成
する。

絶縁層は前記圧電変換素子を電気的に絶縁分離する機能
を有する。該絶縁層は前記停止層と同様の方法によって
前記再結晶化単結晶シリコン層に形成する。

ダイヤフラム支持部は単結晶シリコン基板の１ッチング
残部として形、成する、即ち、第１停止層によって、以
後のエツチングの進行を停止された部分がダイヤフラム
支持部となる。

かかる圧力−電気変換装置は複数個を同一基板に同時に
形成した後、切１３１（スクライビング）して製造する
。該切離し部には前記第１停止層は形成ｌ！ツ、エツチ
ングによってスクライブラインを形成し、切離しを容易
に行ない得るようにできる。

［発明の実施例］ 以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。

第７図は本発明の第１実施例である圧力−電気変換装置
の断面模式図である。

第７図に示ずように本第１実施例の装置は、ダイヤフラ
ム部４と該ダイヤフラム部４を支持するダイヤフラム支
持部７とから成る。ダイヤフラム部４には圧電変換素子
５が一体的に形成され、該圧電変換素子５は絶縁層６に
よって電気的に絶縁分離されている。またダイヤフラム
支持部７は単結晶シリコン基板１のエツチング残部とし
て形成されている。即ち、第１停止層２でマスクされて
いる部分ではエツチングの進行が該第１停止層２で停止
するため、残部がダイヤフラム支持部７として形成され
る。なお、第１停止層２でマスクされていない部分８．
８０では第２停止層３までエツチングが進行し、ダイヤ
フラム部４が形成される。なお、図示８のエツチング部
は各チップ間の切離しに用いるスクライブラインである
。

（製造手順） 本第１実施例の装置は、以下の手順によって製造した。

第１１図ないし第６図は製造手順を説明する説明図であ
る。

（１）第２停止層 第１図に示すように単結晶シリコン塞板１の（１００）
面の一方の面の必要部位にＳｉ　３Ｎ４膜を用いる選択
酸化法によって第２停止層（ＳｉＯ２層）３を形成した
。該第２停止層３は、基板１に表面が平坦になるように
埋め込Ｉυだが、そうでなくてもよい。又、熱酸化膜で
はなく、ＣＶＤ法で堆積形成した酸化膜や窒化膜等であ
ってもよい。

（２）多結晶シリコン層 次に上記一方の面上に多結晶シリコン層４１をＣＶＤ法
によって堆積させた。なおこれはアモルファスシリコン
層を堆積させてもよい。また該シリコン層４１は、部分
的に単結晶シリコンでも良い。

（３）絶縁層６１ 続いて第２図に示すように（１）と同様に選択酸化法に
よって熱酸化膜を絶縁層６１として前記多結晶シリコン
層４１上の必要部位に形成した。

（４）多結晶シリコン層４２ 続いて（２）と同様に多結晶シリコン層４２を前記絶縁
層６１上及び前記多結晶シリコン層４１上にＪ［Ｉ積さ
せた。

（５）絶縁層６２ 上記シリコン層４２の熱酸化によって絶縁層６２を第３
図の如く形成した。なお、該絶縁層６２は、ｃ　ｖ　ｏ
　ｕ（積法によって形成してもよい。

（６）再結晶化 レーザ、ビーム、電子ビーム、赤外線ランプ等によって
第３図に示す多結晶シリコン層４１．４２をそれぞれ再
結晶化し、単結晶とした。ここに該単結晶の結晶軸の方
向はレーザビームの走査方向によって制御した。なお、
該単結晶化は、将来圧電変換素子とするべき部分のみ行
なえば足りる。

まに１再結晶化及び結晶軸の方向は、ブリッジングエビ
タキシー、又はラテラルエピタキシー等の方法を用い、
基板の単結晶シリコンの方位に従わ往てもよい。

（７）圧電変換素子５ 第３図に示す単結晶シリコン４２の必要部位を上記第２
停止層と同様に第４図に示すＳｉ　３Ｎ４膜６３０を用
いる選択酸化法によって酸化して絶縁層６３を形成し、
該酸化の残部として圧電変換素子５を形成した。即ち圧
電変換素子５を絶縁層６１．６２．６３で完全におおっ
た。ここに本実施例では、圧電変換素子５はＰ型層どし
て（１００）面、＜１１０＞方向で形成した。Ｐ型車結
晶シリコンはＮ型に比較して圧電変換特性の直線性に優
れ、かつ、＜１１０＞方向でピエゾ抵抗係数が大きくな
るからである。

（８）第１停止層２ 第４図に示すように第２停止層と同様にして基板１の他
の面に第１停止層２を形成した。

（９）電極９ 第５図に示１”ように絶縁層６２の必要部位にコンタク
ト穴を開けた後、アルミニウム電極９を形成した。

（１０）第１停止層の窓 第６図に示すように第１停止層２のダイヤフラム部用の
窓８０．Ａびスクライブライン用の窓８のそれぞれの部
分の酸化膜を除去し、露出面を形成した。

〈１１）エツチング 第６図に示す下方からアルカリエツチングを行ない、第
７図に示すように、ダイヤフラム部４、及びダイヤフラ
ム支持部７を形成した。ここにエツチング速度は（１０
０）面では大きいが（１１１）面では小さい。従って第
１図に示すように直線的にエラ・チングを行なうことが
できた。また、エツチングは第２停止層に至り、自動的
に停止するためダイヤフラム部の厚さを均一にすること
がでさた。

（１２）スクライブ このようにして製造した各素子を上記スクライブライン
で応力をかけ、各チップに分離した。

以上のようにして第７図に示す本第１実施例の装置を製
造した。

第８図は本発明の第２実施例の装置の断面模式本第２実
施例の素子は、上記実施例の第１図において、多結晶シ
？コン層４１の再結晶化を行ない、引続き選択酸化法に
よって酸化膜６を形成し、その後同様にしてエツチング
を行なって製造したものである。

本第２実施例は圧電変換素子５を絶縁層６と第２停止層
３でとりかこみ電気的に絶縁分離した場合である。従っ
て本第２実施例の装置では、リーク電流が減少し高温に
おける使用が可能である。

又直接的に水中において使用することもできる。

又ＰＮ接合が形成されないため寄生効果が小さく、圧電
変換のリニアリティが良好である。

第９図は、本発明の第３実施例の装置の断面模式図であ
る。

第３実施例は圧電変換素子５を再結晶化単結晶シリコン
層４１０のＰＮ接合分離によって形成し、かつ、該単結
晶シリコン層４１０を第１実施例とは異なり単層として
形成した場合である。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明は圧電変換素子を多結晶シリコン
又はアモルファスシリコンの再結晶化によって生成した
再結晶化単結晶シリコンによって形成し、かつ、ダイヤ
フラム部両面の平行度、及び均一性の向上を、ダイヤフ
ラム部形成に際し行なう基板のエツチングの自動化によ
り達成するものである。

実施例に述べたように本発明では、停止層によってダイ
ヤフラム部の厚さを均一、かつ、平行度よく形成するこ
とができる。即ち、エツチングの制御が容易である。こ
のため工業的大量生産に適している。

又圧電変換素子を多結晶又はアモルファスシリコンの再
結晶化によって形成するために形成が容易である。

又本発明ではダイヤフラム部、圧電変換素子、ダイヤフ
ラム部支持部、絶縁層等が一体的に形成され、整合性が
良好である。従って熱膨張係数の差による歪等は発生し
にくく精痕が高い。

【図面の簡単な説明】

第７図は本発明の第１実施例の圧力−電気変換装置の断
面模式図である。第１図ないし第６図は第１実施例の装
置を製造する手順を説明する説明図である。第８図は本
発明の第２実施例の装置の断面模式図であり、第９図は
第３実施例の装置の断面模式図である。 １・・・単結晶シリコン基板　２・・・第１停止層３・
・・第２停止層　４・・・ダイヤフラム部５・・・圧電
変換素子　６・・・絶縁層７・・・ダイヤフラム支持部 特許出願人　日本電装株式会社 代理人　弁理士　大川　宏 同　弁理士　藤谷　修 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）単結晶シリコン基板の両面表層部近傍の必要部位
   に、それぞれ形成されたエツチング第１停止層及び、前
   記基板のエツチングによりダイヤプラムの一端面となる
   エツチング第２停止層と、前記第２停止層側の前記基板
   表面上に形成され圧電変換素子を保持するダイヤフラム
   部と、前記ダイヤフラム部の必要部位に、アモルファス
   シリコン又は多結晶シリコンを再結晶化させて生成した
   再結晶化単結晶シリコンを原料として形成された少なく
   とも１の圧電変換素子と、前記再結晶化単結晶シリコン
   層の少なくとも表層部に、該再結晶化単結晶シリコンの
   化合物によって形成された絶縁層と・７、 前記第１停止層と前記ダイヤフラム部とに挾まれ、前記
   基板のエツチング残部として形成されたダイヤフラム支
   持部と から成ることを特徴とする圧力−電気変換装置。
2. （２）前記再結晶化単結晶シリコン層は、複数回にわた
   るアモルファスシリコン又は多結晶シリコンの堆積、及
   び該各堆積後の再結晶化によって複数層積層して形成さ
   れ、 前記絶縁層は複数層から成り、前記各堆積後の各再結晶
   化後に、それぞれ各再結晶化単結晶シリコン層表層部に
   形成したものである特許請求の範囲第１項記載の圧力−
   電気変換装置。
3. （３）前記圧電変換素子は、前記絶縁層と前記第２停止
   層によって絶縁されている特許請求の範囲第１項記載の
   圧力−電気変換装置。
4. （４）前記ダイヤフラム部は、前記圧電変換素子以外の
   部分が前記絶縁層によって形成されている特許請求の範
   囲第１項記載の圧ツノー電気変換装置。