JPS61218175A - カ−電気変換素子の製造方法 - 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、カヤ圧力を電気■に変換するカー電気変換素
子の製造方法に係り、詳細にはプラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃ
ｈｅ＋ｇｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）法を用いで、起歪部を構成する基板上に絶縁膜と半
導体ピエゾ抵抗素子とを形成するカー電気変換素子の製
造方法に閏する。

〔従来技術〕

圧力は化学工業などの様々な分野で計２１！１ＩＩＩ　
ａｌｌの対象となる重要な要素の一つであり、データ処
理技術の発達により圧力センサの必要性が増々高まり、
その使用数−が多大であるため、特性の向上、小型化、
低価格化が強く要望されている。この圧力センサの変換
素子としての歪ゲージは、特に力や圧力の変換器に広く
利用されるため、斯かるカー電気変換素子の製造方法の
改良は重要な課題である。

各種の歪ゲージのうち、金ｌＩ製起歪部と半導体　　　
　　゛ピエゾ抵抗素子との組合せは、特性、加工性、耐
食性、小型化等の面で総合的に最も優れており、これを
低コストで製造する方法の開発が強く要望されている。

この種の歪ゲージとしては、従来量も古くから用いられ
ている貼付型歪ゲージとシリコン・ウェハーを用いた拡
散型歪ゲージおよび金属化合物をスパッタリングや物理
的蒸着法により形成したものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記貼付型歪ゲージは、金属ゲージを用いているためゲ
ージファクタ（ゲージ率Ｇ）が小さく、その結果歪ゲー
ジの出力信号が弱く、増幅回路に特性の良いものが要求
される。また、接着剤によって歪ゲージを貼着するため
、手作業による接着工程が入り、生産性が悪く低価格化
の妨げとなっていた。そしてこの接着剤のために温度特
性が悪い欠点もあった。即ち、接着剤は有機材を使用し
ているため熱に弱く、一定圧力で加圧している間に歪ゲ
ージの出力が変化してしまうといったクリープが起った
りする欠点があった。さらに歪ゲージの抵抗値を確保す
るために、金属ゲージでは所定の大きさを必要としてお
り、小型化の妨げとなっていた。

一方、拡散型歪ゲージは、シリコンベレットそのものを
ダイヤフラムとして用い、起歪部と歪ゲージが一体とな
っている点で、前記貼付型のものより構造的には有利で
あるが、シリコンベレットは導電性であるためＰＮ接合
を逆バイアスすることによって絶縁効果を得ており、即
ち半導体歪ゲージの電位をシリコンベレットの電位より
低くすることによって半導体歪ゲージからの電流の漏洩
を防止しているが、斯かる方法では測定体によってはリ
ークしてしまう欠点があった。また拡散型歪ゲージは、
抵抗およびゲージファクタの感度温度係数が各々２００
０１）Ｉ）Ｉ／’Ｃ１−１０００ｐ１）１１７℃であり
、共に大きく温度特性が良くなかった。

そして前記拡散型歪ゲージに圧力を導入するためには、
この歪ゲージを圧力導入部（たとえば圧力導入口を有し
た支持台）に接着しなければならず、前記粘付型歪ゲー
ジと同様に手作業による接着工程が入り、生産性が悪く
低価格化の妨げとなっていた。

さらに、スパッタリングや物理的蒸着法を用いた歪ゲー
ジは、金属ゲージであるためゲージファクタが小さく貼
付型歪ゲージと同様の欠点があった。そして絶縁膜の形
成方法と歪ゲージの形成方法とを同一プロセスとするこ
とが困難であり、連続作業が不可能なため生産性が良く
なかった。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、その目的
とする処は、特性、耐食性、小型化等の面で総合的に優
れたカー電気変換素子を安価に量産できる製造方法を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成たるために本発明は、起歪部を構成する
基板をブスズマＣＶＤ装置内に置き、所定成分のガスに
より生成された第１プラズマ雰囲気下で前記基板上に絶
縁膜を形成した後、ガス成分を変えた第２プラズマ雰囲
気下で前記絶縁膜上に半導体ピエゾ抵抗素子を形成する
ものである。

〔作　用〕

本発明は上記の手段により、起歪部を構成する基板上に
絶縁膜と歪ゲージとを、同一装置内で且つガス成分を変
えるだけで連続的に形成することができる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第２図に図示した実施例に基づいて
本発明の詳細な説明する。

第１図において、符号１はステンレス製のダイヤフラム
であり、このダイヤフラム１は中央下部に凹部を形成す
ることにより薄板部を形成し、この薄板部によって起歪
部１ａを構成している。このダイヤフラム１の上面には
絶縁膜としての役割を果たす酸化圭素（Ｓ　ｉ　Ｏ２）
　’ｆｌＪ　ＭＡ　２が形成されている。

斯かる酸化圭素薄膜の形成には、プラズマＣＶＤ法が採
用されており、以下にプラズマＣＶＤ法を遂行するため
のプラズマＣＶＤ装置について説明する。

プラズマＣＶＤ装置には、誘導結合方式および容量結合
方式のものがある（詳しくは、菅野卓雄編著「半導体プ
ロセス技術」産業図書）。

ここでは、平行平板型の容量結合型プラズマＣＶＤ装置
を使用した場合について説明する。

第２図は、容量結合型プラズマＣＶＤ装置１０の実施例
であり、反応室１１内には丸型の基板電極１２と高周波
電極１３が対向して配設されている。前記反応室１１の
外側部近傍には、真空ポンプ（図示せず）に連通するた
めの連通路１４゜１４が形成されていて、前記真空ポン
プにより反応室１１内が排気されるようになっている。

一方、前記基板電極１２の中央部にはガス導入路１５が
形成されており、このガス導入路１５が３方に分岐され
ていて、左端の分岐路は開閉弁ＳＶ　を介して水素化ケ
イ素ガス（ＳｉＨ４）供給源１６に連通され、中間の分
岐路はｎｆｆＪ弁ＳＶ２を介して一酸化二窒素ガス（Ｎ
２０）供給源１７に連通され、そして右端の分岐路は開
閉弁Ｓ■　を介して水素化ホウ素ガス（８２Ｈ６）供給
源１８に連通されている。

また、前記基板電極１２は磁気回転機構１９により回転
可能に構成されており、そしてこの基板電極１２の下方
にはヒータ２０が配設されていて、このヒータ２０によ
り反応室１１内の基板電極１２の温度がコントロールさ
れるようになっている。

次に、上記プラズマＣＶＤ装置によりダイヤフラム１の
上面に酸化圭素Ｗ／Ｉ膜２を析出させる方法について説
明する。

まず、表面を研磨洗浄等の表面処理をしたダイヤフラム
１を反応室１１内の基板電極１２上に配置し、反応室１
１内の空気を前記真空ポンプにより排気する。そして開
閉弁Ｓ■１およびｓｖ２を開放し、水素化ケイ素ガス供
給源１６よりＳｉＨガス（Ｎ２９０％希釈）を、−酸化
二窒素ガス供給源１７よりＮ２０ガスをガス導入路１５
から反応室１１内に導入する。このときＮｏガスとＳｉ
Ｈ４ガスからなる反応ガスの混合比は１０：１である。

またＳｉＨ４ガスとＮ２０ガスの流ｍはニードルパルプ
で微調整されて、たとえば反応ガスの総流凹は１４０Ｓ
ＣＣＭ（２０℃１気圧での１分間あたりのｄ）で調整し
た。そしてこの反応ガスに基板電極１２と高周波電極１
３とにより高周波電界を印加し、その電気的エネルギを
利用して反応ガスを活性化し、この第１プラズマ雰囲気
下で気体状物質を反応させてダイヤフラム１の上面に酸
化圭素８ｍ２を析出させる。このとき基板電極１２の下
方に配設されたヒータ２０によりダイヤフラム１は加熱
されるが、ダイヤフラム１の温度は約２５０〜５００℃
の範囲の一定温度に保たれている。また反応室１１内の
圧力は１０Ｐａ（パスカル）保たれている。気体分子の
平均自由行程は絶対圧力に反比例するので、常圧におけ
る時よりも低圧の時の方が平均自由行程が大きいため、
形成される酸化圭素薄膜の均一性が良い。一方、１Ｏ−
３Ｐａ以下の超低圧では平均自由行程が大きくなり過ぎ
、気体分子のまわり込みが悪くなり、凹凸面への膜の形
成が出来にくくなる。したがって反応室１１内の圧力は
１０　　Ｐａ−１Ｏ−３Ｐａの範囲内にあることが望ま
しいが、プラズマＣＶＤ装置は１０Ｐａ〜１Ｏ−３Ｐａ
の範囲で行われるので凹凸面にも均一でまわり込みの良
い酸化圭素薄膜を形成することができる。なお、ここで
は前記したように１０Ｐａの圧力で行なった。

そして基板１極１２と高周波電極１３間のＲ，Ｆ、？！
力は７０Ｗ印加し所定時間保持、し酸化圭素薄１！ｉ２
をダイヤフラム１上に所定厚さ堆積させた。

このあと、反応室１１内を前記真空ポンプで排気し、絶
縁膜形成時のガスを一掃して残留しないようにした後、
ダイヤフラム１を約４００〜６５０℃の範囲の一定温度
に加熱するとともに、開ｍ弁ｓｖ　　およびｓｖ　　を
開放し、Ｓ　ｉ　Ｈ４ガス（Ｎ　９０％希釈）と８２Ｈ
６ガス（１５００ＤＤＩＩ　、　Ｈ２希釈）とを反応室
１１内に導入する。

このときＳ　ｉ　Ｈ、ｓガスと８２Ｈ６ガスからなる反
応ガスの混合比は１００：０．０１〜１００：２の範囲
内のものを選定し、反応室１１内の圧力は前述と同様に
適当なものを選定し、所定時間保持する。

この第２プラズマ雰囲気下で気体状物質を反応さけてダ
イヤフラム１の酸化圭素薄膜２上にホウ索化圭素（Ｓｉ
Ｂ）からなる半導体ピエゾ抵抗ａ膜３を形成する。

前記半導体ピエゾ抵抗薄ｇ１３にホトエツチングを施こ
し、部分的にピエゾ抵抗薄膜を残してその他の部分を除
去せしめ、残されたピエゾ抵抗薄膜に金などの金属を蒸
着して電極接続を施してカー電気変換素子とすることが
できる。

以上述べた実施例において、このプラズマＣＶＤ装置の
パラメータ（例えば金属製起歪部の加熱温度、ガスの成
分および濃度、反応容器の形状、ガス流ａ１容器内の圧
力、処理時間等）は絶縁膜と半導体ピエゾ抵抗薄膜の特
性、用途、形状等に応じて適宜変更することができる。

また、上記実施例においては、起歪部であるダイヤフラ
ム１の上面にのみ半導体ピエゾ抵抗素子を形成したが、
本製造方法によれば、ガスを用いているため起歪体を回
転けずに２以上の面にも半導体ピエゾ抵抗素子を形成で
きる。

〔発明の効果〕

以上、実施例の説明から明らかなように、本発明におい
ては、プラズマＣＶＤ装置を用いてガス成分を変えるだ
けで絶縁膜と半導体ピエゾ抵抗素子が形成できるため、
製造装置が同一のものでより、設備費の低減を図ること
ができる。

また本発明においては、起歪部を構成する基板をプラズ
マＣＶＤ装置内に置き、ガス成分を変えるだけで絶縁膜
と半導体ピエゾ抵抗素子とを連続的に形成できるため、
前記装置から製造途中で取出す必要がなく、しかも製造
途中での冷却・加熱行程も不要となり、労力の削減およ
び製造時間の短縮等により製造コストの低減が実現でき
る。

さらに本発明においては、基板上に絶縁膜と半導体ピエ
ゾ抵抗素子とを形成している門、製造装置内は密封状態
にあり、大気に晒されることが無いため、特性の良いカ
ー電気変換素子を提供することができる。しかも本製造
方法によれば、起歪体（基板）を回転させずに２以上の
面にも半導体ピエゾ抵抗素子を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るカー電気変換素子の製造方法によ
り製造したカー電気変換素子の断面図、第２図はその製
造装置である容最結合型プラズマＣＶＤ装置の概略図。 １・・・ダイヤフラム、２・・・酸化圭素薄膜、３・・
・半導体ピエゾ抵抗薄膜。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 ＃Ｆ１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、起歪部を構成する基板をプスズマＣＶＤ装置内に置
   き、所定成分のガスにより生成された第１プラズマ雰囲
   気下で前記基板上に絶縁膜を形成した後、ガス成分を変
   えた第２プラズマ雰囲気下で前記絶縁膜上に半導体ピエ
   ゾ抵抗素子を形成することを特徴とするカー電気変換素
   子の製造方法。 ２、起歪部を構成する前記基板は、金属から形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカー
   電気変換素子の製造方法。