JPS6276783A - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - 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］ 本発明は半導体圧力センサ、特に薄膜形成技術を用い基
板表面にダイアフラムを形成することの可能な改良され
た半導体圧力センサに関する。

［従来の技術１ 構成 第８図には従来の半導体圧力セン→）の一般的な、構成
が示されており、この半導体圧カセンザは、Ｎ形シリコ
ン基板１０と台座１２どを含み、基板１０はその裏面側
からエツチングか行われ厚さ２０〜５０μｍ程度のダイ
アフラム１４かその中央部に形成されている。そして、
この基板１０は、裏面の肉厚部にて台座１２と接着固定
され、両者の間に圧力基準室］６が形成されている。

またこのＮ型シリコン基板１０のダイアフラム１４表面
側には、Ｐ型抵抗領域からなる歪みゲージ１８が拡散あ
るいはイオン注入によって形成されており、更にこの基
板１０の表面には酸化シリコン等からなる絶縁膜２０及
び電極２２が形成されている。

以上の構成とすることにより、この半導体圧ノクセンザ
によれば、測定圧力に比例してダイアフラム１４がたわ
み、このたわみをダイアフラム１４上に設けられた歪み
ゲージ１８の抵抗変化として検出し、圧力測定を行うこ
とができる。

なお、この半導体圧力センサを用いてこの絶対圧力を測
定する場合には、基板１０と台座１２との間に設けられ
た圧力基Ｑ＝至１６内を真空に形成すればよい。

このようにすることにより、ダイアフラム１４はその表
面側に加えられた絶対圧力に比例して撓み、絶対圧力は
歪みゲージ１８の抵抗変化となって電気的に測定される
ことになる。

また、この半導体圧力センサを用いて差圧を測定する場
合には、台座１２に圧力基準室１６と連通する圧力導入
口２４を設け、ダイアフラム１４がその表面側及び裏面
側に印加される圧力の差圧に応じてたわむよう形成すれ
ば良い。このようにすることにより、前記絶対圧タイプ
のセンサと同様にして、差圧を測定することができる。

ところで、このような従来の圧力センサては、前述した
ように、シリコン基板１０をその裏面側からエツチング
することによりダイアフラム１４及び圧力基準室１６を
形成している。このような基板１０のエツチングには水
酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等を用いた異方性エツチ
ングが広く用いられている。

これは、エツチングの際に（１１１）面のエツチング速
度が極めて遅いため、（１００）。

（１１０）面のシリコン基板を使用して基板１０の裏面
に窒化シリコン（Ｓ！３Ｎ４）などのエツチングマスク
を形成することにより、横方向へのエツチングが（１１
１面）で停止するまで、結晶方位で決定される規則正し
い傾斜角θをもった先細りの形状で縦方向のエツチング
が進行し、第８図に示すようなダイアフラム１４及び圧
力基準室１６を形成することができるからでおる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この従来の半導体圧力センサは以下に詳述する
いくつかの解決すべき問題点を有しており、その荷動な
λ１策が望まれていた。

（イ）まず、このような従来の半導体圧力センサは、シ
リコン基板１０の表面側及び裏面側の両面をウェハ処理
することが必要でおるため、その製造工程が極めて複雑
なものとなるという問題があった。

すなわら、この圧力センサは、基板１０の表面側に歪み
ゲージ１８、絶縁膜２０及び電極２２を形成し、また基
板１０の裏面側にはダイアフラムを形成用にエツチング
マスク及び異方ｌ−エツチングをほどこす必要がある。

このような基板１０両面のウェハ処理は、フォトエツチ
ング技術を用い各工程毎に位置合せしながら行う必要が
あり、このため各製造工程は、両面アライメント装置を
用いた複雑な工程となることが避けられない。

また、このように両面アライメント装置を用いても、歪
みゲージ１８とダイアフラム１４の周縁部の位置合せに
ある程度の誤差が発生してしまい、この誤差かセンサ感
度のバラツキの原因となっていた。

’ＩＦｔに、このような両面アライメント誤差は、３０
０μｍのシリコン基板を用いたときに５μｍ程度児こま
れる。しかもこのアライメント誤差はシリコン基板の厚
さが増大するに従って大きくなり、特に厚い大口径シリ
コンウェハを用いる場合には、レンツの特性が大ぎくバ
ラつき、量産が極めて困ガ［となるという問題があった
。

（ロ）また、このような従来の半導体圧力センサでは、
ダイアフラム１４の膜厚を薄く形成することが困難であ
るという問題があった。

すなわら、従来の半導体圧力セン１ノーでは、所望の厚
さのダイアフラム１４を形成するため、周知のように、
シリコン基板１０の深さ方向のエツチング速度に基づい
てｈ１弁したエツチング時間でエツチングを停止する方
法を用いている。

しかし、エツチング速度はウェハの表面状態゛イウエハ
の枚数によって変化し、更に基板１０の厚さ自体にも一
定のバラつき範囲でバラつきがおる。

このため、このようなエツチング処理によって形成され
るダイアフラム１４は、その膜厚に一定の範囲でバラつ
きが発生することか避けられない。

一般に、このような方法で例えば２０〜５０μｍ程度の
厚さのダイアフラム１４を形成する場合には、約２μ＋
ｎ程度の誤差を見込む必要が必る。

ところで、半導体圧力センサの感度は、周ス■のように
ダイアフラムの厚さの２乗に反比例してあり、従って、
圧力センサの感度はダイアフラムの厚さの誤差に敏感に
反応してバラろく。

このことから、従来の半導体圧力センサ゛ては、ダイア
フラム１４の膜厚を５μｍ程度にしか薄く形成すること
かできず、高感度のセンサを得ることができないという
問題かおった。

（ハ）また、この従来の半導体圧力センサて、は、ダイ
アフラム１４の寸法を小さく形成することが困難である
という問題がめった。

すなわち、ダイアフラム１４の寸法は、シリコン基板１
０の裏面に設けるエツチングマスクの寸法、シリコン基
板１０それ自身の厚さ及びシリコン基板１０をエツチン
グする際の縦方向のエツチング量等で決定される。

従来のように、ダイアフラム１４を異方性エツチングに
より形成する場合に、このエツチングは、結晶方位で決
定される。規則正しい傾斜角θに従いエツチングマスク
の開口周縁より内側に向って先細りの形状で進行する。

そして最終的には周囲を（１１１）面で囲まれだ円椎台
形状とした圧力基準室１６を形成することになる。

このようなエツチングの結果形成されたダイアフラム１
４の寸法は、エツチングマスクの開口寸法とシリコン基
板１０の縦方向のエツチング量で決定されることとなる
。

しかし、エツチング開始時におけるシリコン基板１０の
厚さには所定幅のバラつきを見込む必要があるため、所
望の厚さのダイアフラム１４を作成しようとする場合に
は、縦方向のエツチング量を基板１０の厚さのバラつき
分だけ増減補正してやることが必要となる。

このように、従来のセンサでは、基板１０の縦方向のエ
ツチング量が一定の範囲でハラつくことか避けられず、
その結果形成されるダイアフラム１４の仕上り寸法も縦
方向エツチング量のバラつき分に対応して一定の範囲で
バラつきを持つこととなる。

ここにおいて、シリコン基板１０の厚さのバラつきを△
しとすると、ダイアフラム寸法のバラつきは２Δｔ、／
ｌａｎθで表されることとなる。

従って、例えば【１００）面のシリコン基板１Ｑを用い
、（１１０）方向に辺を有する矩形のダイアフラムを形
成する場合を想定すると、傾斜角θは約５５度となり、
また、シリコン基板１０の厚さのバラつき分は一般に１
０μｍ程度児込む必要がおることから、最終的に形成さ
れるダイアフラム１４の寸法は約１４μｍ程度のバラつ
きをもつこととなる。

このように、従来の半導体圧力センサでは、エツチング
により形成されるダイアフラム１４はその寸法に所定幅
のバラつきをもつこことなり、この結果ダイアフラム１
４の周縁と歪みゲージ１８との相対的な位置が変動して
歪みゲージ１８に作用する歪み量が変化してしまい、セ
ンナ自体の感度がバラつくという問題があった。

特に、このような従来の半導体圧力センサでは、ダイア
フラム１４の寸法を小さくすればする程その寸法のバラ
つく割合いが大きくなるため、ダイアフラム１４の寸法
は、直径あるいは一辺必たりの長さか５００μｍ程度に
しか小さく形成することができず、これ以上率さいダイ
アフラム１４を有するセンサを形成することはてきない
という問題かおった。

（ニ）ざらに、このような従来の半導体圧力セン゛す゛
では、圧力基準室１６を形成するために、シリコン基板
１０と台座１２とを気密状態に接着することが必要とな
る。

すなわら、このような従来のセンサを用いて絶対圧を測
定する場合には、基板１０と台座１２とを密着して形成
した空洞を圧力基準室１６とじて用い、この圧力基準全
１６内を真空に保つ必要がおる。

しかし、基板１０と台座１２との接着には、陽極接合や
ガラス接合等の高度な気密接６技術を必要とし、さらに
この気密接着部にたとえわずかでも洩れが存在すると、
圧カレン瞥すの出力特性の経時変化となって現れるとい
う問題がおった。

特に、高粘度の圧力測定を行うセンサにおいては、この
気密接着技術が極めて重要なポイントとなり、これがセ
ンナを量産化するーしての妨げとなっていた。

以上説明したように、この従来の゛半導体圧力センサは
、前記（イ）〜（二〉の各問題点を有するため、その測
定精度の向上及び小形化を図ることができず、しかも、
その製造方法か複雑であることから、量産性を図り低価
格化を実現することかできないという問題かあった。

この結果、このような従来の半導体圧力センサは（ホ）
れた１生能を有するにもかかわらづ、広く利用されるに
至ってあらず、その有効な対策が望まれていた。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、小形化、ｍ産生が容易でかつ高精度
の半導体圧力センサ及びその製造方法を提供りることに
おる。

［問題点を解決するための手段１ 半導体圧力センサ 前記目的を達成するため、本発明の半導体圧力センサは
、半導体基板と、 耐エツチング材料を用いて形成され、半導体基板の主表
面上に設けられた絶縁性のダイアフラム膜と、 ダイアフラム膜を貫通して半導体基板に到達するよう設
けられた少なくとも１個のエツチング液注入口と、 エツチング液注入口を介して半導体基板の一部をエツチ
ング除去することにより形成された圧力基準室と、 前記エツチング液注入口の少なくとも一つを密封する封
止部材と、 ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に設けられた少なく
とも１個の歪みゲージと、 を含み、前記歪みゲージの出力信号に基づき圧力検出、
を行うことを特徴とする。

以下に本発明の半導体圧力センサを更に具体的に説明す
る。

第１図には、本発明の半導体圧力センサの基本的な構造
を表す平面説明図が示されており、第２図にはその断面
説明図が示されている。＝本発明の半導体圧力センサは
、半導体基板３０の主表面上に耐エツチング性を有する
側斜からなる絶縁性のダイアフラム膜３２が被覆形成さ
れ、このダイアフラム膜３２の受圧領域所定位置に少な
くとも１個の歪みゲージ３４が設けられている。

本発明においては、このようにダイアフラム膜３２及び
歪みゲージ３４が設けられた基板３０の主表面を、更に
耐エツチング性を有する材料からなる絶縁性保護膜３６
によって被覆形成することが好ましい。

また、受圧領域の所定位置には、前記絶縁性像４膜３６
及びダイアフラム膜３２を貫通して、半導体基板３０に
到達する少なくとも１個のエツチング液注入口４０が開
口形成されており、このエツチング液注入口４０を介し
て基板３０側に所定のエツチング液が注入され、耐エツ
チング性の材料からなるダイアフラム膜３２と半導体基
板３０の界面の横方向エツチング待［生を利用したエツ
チングが行われ、半導体基板３０の一部をエツチング除
去して圧ツク基準室４２が形成されている。

ここにおいて、前記エツチング液注入口４０は、必要に
応じてその全部又は一部が封止部材４４により封止され
ている。

また、本発明の半導体圧力センサにおいて、前述したよ
うに、歪みゲージ３４の表面に絶縁性（呆衾膜３６を被
覆形成した場合には、その絶縁性保護膜３６の前記ゲー
ジ３４両端に接続孔４６を形成し、その接続孔４６を介
して歪みゲージ３４の両端に接続される複数の電極３８
を形成することが好ましい。

本発明の半導体圧力センサは以上の構成からなり、次に
このセンサを用い絶対圧を測定する場合と差圧を測定す
る場合を説明する。

なお、本発明の半導体圧力センサでは、圧力基準室４２
の上面側に位置づるダイアフラムＩ］！３２が可動ダイ
アフラム１００として機能し、またこのダイアフラム膜
３２以外に前述したように絶縁性保護膜３６を設けた場
合には、このダイアフラム膜３２と絶縁性保護膜３６か
らなる積層膜か可動ダイアフラム１００として機能する
ことになる。

ここにおいて、本発明の圧力センサを、絶対圧測定タイ
プのセンサとして用いる場合には、圧力基準室４２を真
空状態に保ったまま、すべてのエツチング液注入口４０
を封止部材４４により密ｊ１する。このようにすること
により、圧力が印加されると可動ダイアフラム１００は
印加された絶対圧力に比例して歪み、この歪みによって
受圧領域に設【ブられた歪みゲージ３４の抵抗か変化す
る。

例えばダイアフラム膜３２の受圧領域中央に１組の歪み
ゲージ３４−２．３４−４を配置し、又受圧領域の周辺
に他の１組の歪みゲージ３４−１゜３４−３を配置する
と、これら各組の歪みゲージに加わる歪みは一方が圧縮
力、他方が伸長力となり、この結果１組の歪みゲージの
抵抗が増加する場合には、他方の組の歪みゲージの抵抗
か減少ターることとなる。

従って、これら２組の歪みゲージ３４−１゜３４−２．
３４−３．３４−４を抵抗変化が加算されるよう電極３
８−１．３８−２．３８−３゜３８−４を介してブリッ
ジ接続し、対抗する一対の電極に電源を接続づ−れば、
他の一対の電極からは、可動ダイアフラム１００に加わ
る絶対圧力に比例した電圧を出力づ−ることか可能とな
る。

このようにして、本発明の半導体圧カセンサによれば、
絶対圧力を正確に測定することが可能となる。

また、本発明の半導体圧力センナを、差圧測定型のＣン
サとして使用する場合には、エツチング液注入口４０を
複数個設け、その一部を封止部（第４４を用いて密封し
、残りを開口するよう形成する。そして、開口されたエ
ツチング液注入口４０に圧力基準室４２へ向は比較する
圧力を導入する圧力導入手段を設ければ良い。

このようにすることにより、可動ダイアフラム１００の
表面側及び裏面側に印加される圧力の差圧を前記絶対圧
タイプのセンサと同様に歪みゲージ３４の抵抗変化とし
て正確に測定することが可能となる。

製造方法 次に本発明のにかかる半導体圧力センＩ大の製造方法を
説明する。

本発明の製造方法は、半導体基板の主表面上に耐エツチ
ング材料からなる絶縁性のダイアフラム膜を形成するダ
イアフラム膜形成工程と、このダイアフラム膜の受圧領
域所定位置に少なくとも１個の歪みゲージを形成する歪
みゲージ形成工程と、 前記歪みゲージ上に耐エツジング材料から成る絶縁性保
護膜を被覆形成する保護膜形成工程と、受圧領域所定位
置に前記絶縁保護膜及びダイアフラム膜を貫通して半導
体基板に到達する少なくとも１個のエツチング液注入口
を形成する注入ロ形成工程と、 このエツチング液注入口を介してエツチング液を注入し
て半導体基板の一部をエツチング除去し所定形状可動ダ
イアフラム及び圧力基準室を形成する基準室形成工程と
、 エツチング液注入口の少なくとも１つを封止部材を用い
て密封する注入口封止工程と、絶縁性保護膜の歪みゲー
ジ両端位置に複数の接続孔を形成する接続孔形成工程と
、 この接続孔を介して歪みゲージに接続される複数の電極
を形成する電極形成工程と、 を含み、全処理工程を歪みゲージが設けられる半導体基
板の主表面上においてのみ行うことを特徴とする。

以下に本発明にかかる半導体圧力センソ′の製造方法を
更に具体的に説明する。

本発明の方法によれば、まず半導体基板３０の主表面に
耐エツチング製材料からなる絶縁性のダイアフラム膜３
２を被覆形成し、このダイアフラム膜３２の受圧領域所
定位置に少くとも１個の歪みゲージ３４を設ける。

更に、このダイアフラム膜３２及び歪みゲージ３４上に
絶縁性保護膜３６を被覆形成する。

その後、受圧領域所定位置にて、前記絶縁性保護膜３６
及びダイアフラム膜３２を貫通して半導体基板３０に達
するよう少なくとも１個のエツチング液注入口４０を形
成する。

そして、このエツチング液注入口４０を介して、所定の
エツチング液を基板３０へ向は注入づるとダイアフラム
膜３２と基板３Ｑとの界面横方向エツチング特性を利用
したエツチングか進行し、基板３０の一部かエツチング
除去され、圧力基準室４２が形成される。

このとき、圧力基準室４２の上面側に位置するダイアフ
ラム膜３２は、耐エツチング製の材料を用いて形成され
ているため、はとんどエツチングされることはない。こ
の結果、このダイアフラム膜３２と絶縁性保護膜３６か
らなる積層膜が、圧力基準室４２に対する可動ダイアフ
ラム１００として）幾能することとなる。

本発明によればダイアフラム１００の厚さは、ダイアフ
ラム膜３２と絶縁性保護膜３２との双方の膜厚を合Ｓ１
シた値となるため、周知の膜厚形成技術を用いることに
より、ダイアフラムの膜厚を予め設定した所定の膜厚に
、薄くかつ精度良く形成することが可能となる。

更に、本発明によれば、ダイアフラム１００の大ぎさを
従来のように半導体基板の厚さのバラつきに影響される
ことなくそれと無関係に精度良く形成することができる
。

従って、本発明によれば、ダイアフラム１００の膜厚及
び大きざを、予め設定した寸法に従い、充分に小さくし
かも精度よく形成することが可能となる。

また、本発明によれば、圧力基準室４２を形成した後、
つぎにこの圧力基準室４２を形成するために設けられた
エツチング液注入口４０の少くとも１つを封止部子３４
４を用いて密封する。

このとき、本発明のセンサを絶対属測定型のセンサとし
で形成する場合には、圧力基準室４２内を真空に保った
まま、封止部材４４を用いてエツチング液注入口４０仝
てを密封する。

また、本発明のセンサを、差圧測定型のセンサとして形
成する場合には、前）ホしたように、エツチング液注入
口４０を予め複数個設けており、その一部を封止部材４
４を用いて密封し、残りを開口形成する。そして、間口
されたエツチング液注入口４０を介して、圧力基準室４
２へ第２の圧力を導・入する圧力導入手段を設ければ良
い。このようにすることにより、ダイアフラム１００の
表面側に印加される第１の圧力と裏面側に印加される第
２の圧力との差圧を歪みゲージ３４の抵抗変化として測
定することが可能となる。

また、本発明においては、歪みゲージ３４の表面を絶縁
性保護膜３６により被覆しているため、この歪みゲージ
３４から信号を取出す電極を設ける必要がある。このた
め、本発明によれば、絶縁１生保護膜３６の歪みゲージ
３４両喘位置に複数の接続孔４６を形成し、この接続孔
４６を介して歪みゲージ３４に接続される複数の電極３
８を形成する。このようにすることにより、歪みゲージ
３４の抵抗変化は、電極３８を介して検出することが可
能となる。

従来例との比較 本発明の半導体圧力センサ及びその製造方法は以上の構
成からなり、次にその特徴を従来例と比較して具体的に
説明する。

（ａ＞本発明によれば、製造処理工程の全てを半導体基
板３０の主表面側でのみで行う、いわゆる片面処理によ
ってセンサを形成することが可能となる。

すなわち、本発明によれば、基板３０の主表面側におい
て、ダイアフラム１００を周知の薄膜形成技術をもって
形成し、また圧力基準室４２は基板３０の主表面側に形
成されたエツチング液注入口４０からエツチング液を注
入することにより形成し、更に、圧力基準室４２の気密
封止は真空蒸着等の集積回路製造技術で行うことがでる
。このように、全てのウェハ処理工程を基板３０の主表
面側においてのみ行い、いわゆる片面処理でセンサを形
成することが可能となる。

この結果、本発明によれば、従来の両面！ｌｉ！ｌ！理
のセンサ、に比しその製造工程が極めて簡単かつ安価な
ものとなる。

（ｂ）また、本発明によれば、周知の薄膜形成技術を用
いることにより、ダイアフラム１００の膜厚を予め決定
した値に薄くかつ精度良く形成することが可能となる。

更に、本発明によれば、ダイアフラム１００の大きざを
半導体基板３０の厚さのバラつきに無関係に、予め設定
した平面寸法で極めて小さくかつ精度良く形成すること
ができる。

このように、本発明によれば、従来のセンサに比し、ダ
イアフラムを必らかしめ設定した膜厚、寸法に小さくか
つ精度良く形成することが可能となり、小型でかつ高感
度のセンサを得ることが可能となる。

（Ｃ）また、本発明によれば、圧力基準室４２をダイア
フラム膜３２と基板３０との間に形成しているため、絶
対圧タイプのセンサを形成する際、圧力基準室４２の気
密封止を真空蒸着等の集積回路製造技術により簡単かつ
確実に行うことかできる。この結果、本発明によれば、
従来、センナを量産化する上でのさまたげとなっていた
基板３０と台座との気密接着が不要となり、センサの製
造を大幅に簡素化することが可能となる。

（ｄ）また、本発明によれば、ダイアフラム膜３２上に
設けられた歪みゲージ３４を、絶縁性保護膜３６で被覆
することにより、歪みゲージ３４を複数個設けた場合に
は、各歪みゲージ３４がそれぞれ分離され、いわゆるＰ
−Ｎ接合分離のような温度上昇に伴なう洩れ電流が増加
することがなく、高温域まで安定に動作することが可能
となる。

（ｅ）更に、本発明によれば、半導体圧力センサ自体を
集積させて製造することが可能となる。

すなわち、本発明によれば、１１行述したように、全製
造処理工程をほぼ片面＋ｆｉ埋により行うことが可能で
あり、しかもダイアフラム１００を非常に薄くかつ小型
に形成することができるため、圧力センリ自体を集積回
路を構成する１つの素子要素′として扱いＫｕＭＩ？ｉ
ることが容易となり、しかも、センサ自体を集積回路製
造技術とほぼ同様の製造技術を用いて形成することがで
きることから、圧力センサを所定の信号処理回路、例え
ば増幅機等と同−基板上に集積させて形成することが可
能となる。

実験によれば、本発明のダイアフラムは、従来の半導体
圧力セン量すのダイアフラムに比し、その寸法を略１／
１０以下に形成可能であることかＴｉｆｉ認されている
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ダイアフラムを
薄く小さく形成することができるため、小型かつ高精度
の半導体圧カセンリ゛を１９ることが可能となり、しか
もセンサの製造をいわゆる片面処理で行うことができる
ことから、量産が極めて容易でかつ低価格のセンサを得
ることが可能である。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

第１実施例 まず、本発明の好適な第１実施例を第１図及び第２図に
基づき説明する。

本実施例の半導体圧力センサにおいては、半導体基板３
０はシリコン基板を用いて形成されており、このシリコ
ン基板３０の主表面の全域に渡りダイアフラム膜３２と
して窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）ＩＦＪが減圧ＣＶＤを
用い膜厚４００ｎｍに被覆形成されている。

そして、このダイアフラム膜３２の表面には、歪みゲー
ジ３４−１．３４−２．３４−３．３４−４が設けられ
ており、実施例において、この歪みゲージ３４−１．３
４−２．３４−３．３４−４は、ダイアフラムＰ３３２
を形成する窒化シリコンの表面に減圧ＣＶＤを用い多結
晶シリコンを厚さ１００ｎｍに被覆し、更にこの多結晶
シリコンに不純物としてボロンを熱拡散法あるいはイオ
ン注入法を用いて添加、拡散してＰ型半導体を形成し、
その後これをフォトエツジングによって不要部分を除去
することにより形成される。

更に、このようにして形成された歪みゲージ３４を含む
全表面上に、絶縁性保護膜３６として窒化シリコンを減
圧ＣＶＤを用い１１００ｎの膜厚に被覆形成する。

そして、受圧領域の所定位置において、前記絶縁性保護
膜３６及びダイアフラム膜３２を貫通しシリコン基板３
０に到達する直径２μｍのエツチング液注入口４０を開
口形成し、このエツチング液注入口４０を介して基板３
０へ向は所定のエツチング液を注入する。

本実施例においては、エツチング液として硝酸（ＨＮＯ
３＞とフッ化水素０１（ＨＦ）の混合水溶液が用いられ
ており、前記エツチング液注入口４０からこのエツチン
グ液を浸漬すると注入口４０を中心としてエツチングが
進行する。

すなわち、シリコン基板３０の縦方向にエツチングが進
むに従って、シリコン基板３０とダイアフラム膜３２の
界面横方向にもエツングが進行し、圧力基準室４２とな
る空洞が形成される。

このとき、圧力基準室４２の上面側に位置するダイアフ
ラム膜３２及び絶縁性保護膜３６は耐エツチング性の材
料を用いて形成されているため、はとんどエツチングさ
れることはなく、従ってダイアフラム膜３２と絶縁性保
護膜３６からなる積層膜は圧ツノ基準室４２に対する可
動ダイアフラム１００として機能することになる。

なお、各歪みゲージ３４はダイアフラム膜３２と絶縁性
保護膜３６によりサンドイッヂ状に被覆されているため
、前記エツチング液によりなんら影響を受けることはな
い。

このようにして、圧力基準室４２が形成された後、真空
蒸＠おるいはスパッタリングにより金属あるいは絶縁物
を、絶縁性保護膜３６上にエツチング液注入口４０を密
封封止できる程度の厚さに堆積させ、その後フォトエツ
チングで不要部分を除去し封止部材４４を形成する。

このようにすることにより、圧力基準室４２はその内部
が真空状態に保たれたまま密封封止されることになる。

その後、絶縁性保護膜３６の歪みゲージ３４の両端位置
をフォトエツチングにより除去し接続孔４６を形成し、
ここにアルミニウム蒸着膜を被覆しこれをフォトエツチ
ングにより適当な形状とすることにより電極３８を形成
する。

以上の構成とすることにより、本実施例の半導体圧力セ
ンサは、ダイアフラム１００の上側より印加された絶対
圧力を歪みゲージ３４の抵抗変化として検出し、電極３
８を介して絶対圧力に比例した信号を得ることができる
。

本実施例においては、ダイアフラム１００の直径を５０
μｍダイアフラムの厚さを約０．５μｍ程度まで小さく
形成することができ、しかも１００ＫＰａの圧力に対し
２１０／’Ｖ以上の優れた出力感度を発揮することが実
験により確認された。このことから、第１実施例によれ
ば、ダイアフラムの膜厚及び寸法を充分に小さく形成し
、小型かつ高感度のセンサ゛を実現可能でおることが理
解できる。

第２実施例 次に、本発明の好適な第２実施例を、ダイアフラムがｗ
形彫状に形成されたセンサを例にとり説明する。なお、
前記第１実施例と対応する部材には同一符号をイ・］シ
、ぞの説明は省略する。

第３図には第２実施例のセンサを表す平面説明図が示さ
れており、第４図にはその断面説明図が示されている。

実施例のけンリ−において、半導体基板３０は、（１０
０）面を主表面とするシリコン基板を用い形成されてお
り、この基板３０の主表面上に前記第１実施例と同様に
して窒化シリコンからなるダイアフラム１ＩＧ１３２．
歪みゲージ３４−１．３４−２゜３４−３．３＝ｌ１４
．窒化シリコンからなる絶縁性保護膜３６が形成されて
いる。

本実施例の特徴的事項は、ダイアフラム１００を矩形形
状に形成することにあり、このため絶縁性保護膜３６及
びダイアフラム膜３２からなる積層膜に、幅２μｍの長
方形゛をした第１のエツチング液注入口４０−１．第２
のエツチング液注入口４０−２をほぼ平行に開口形成す
る。

そして、その第１及び第２のエツチング液注入口４０か
ら水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液からなるエツチング
液を注入し異方性エツチングを行う。

このとき、本実施例においても、前記第１実施例と同様
にシリコン基板３０とダイアフラム膜３２の界面に横方
向エツチングが進行し、第４図に示すごとく、各エツチ
ング注入口４０−１゜４０−２を中心として断面３角形
状をした圧力基準室４２が形成される。

この結果、本実施例によれば、圧力基準室、４２の上方
に位置して（１１０）方向に辺を有する長方形状をした
可動ダイアフラム１００が形成されることどなる。なお
、実施例の歪みゲージ３４−１゜３４−２．・・・３４
−４は長方形状をしたダイアフラム１００の中央部にぞ
の短辺と平行に配置されている。

また、本実施例においては、絶縁性保護膜３６の表面全
域に、減圧あるいはプラズマＣＶＤによって酸化シリコ
ン（ＳｉＯ２）が第２の絶縁性保護膜５０として被覆形
成されており、この第２の絶縁性保護膜５０が封止部材
４４として機能し、第１及び第２のエツチング液注入口
４０を密封している。

ぞして、実施例においては、各絶縁性保護膜３６及び５
０を貫通して歪みゲージ３４−１゜３４−２．・・・３
４−４の両端部に達する接続孔４６がフォトエツチング
により設けられ、この接続孔４６を介して各歪みゲージ
３４−１．３４−２．３４−４の両端に接続される電極
３８が形成されている。

以上説明したように、この第２の実施例は、矩形形状を
したダイアフラム１００を有するセンサを形成する場合
に極めて好適で必る。

第３実施例 次に本発明の好適な第３実施例を、差圧測定型のセンサ
を例にとり説明する。なお、前記第１実施例と対応する
部材には同一符号を付しその説明は省略する。

第５図には第３実施例にがかるセンサの平面図が示され
てあり、第６図にはその断面の概略説明図が示されてい
る。

本実施例のセンサは、シリコン基板３０の表面に前記第
１実施例と同様に窒化シリコンを用いてダイアフラム膜
３２を形成し、このダイアフラム膜３２上に歪みゲージ
３４−１．３４−．２．３４−４を設けている。

そして、ダイアフラム膜３２の受圧領域所定位置に、３
個のエツチング液注入口４０−１．４０−２．４０−３
を設け、これら各注入口４０を用いて第１実施例と同様
にして等方性エツチングを行い、３つの半球形状をした
空洞が接続されてなる圧力基準室４２を形成する。

そして、このようにしく圧力基準室４２を形成した後、
封止部材４４を用いてエツチング液注入口４０の密封封
止を行う。

本実施例の特徴的事項は、３個のエツチング液注入口４
０−１．４０−２．４０−３の内、２個の注入口４０−
１．４０−２のみを封止部材４４を用いて密封封止し、
残りの注入口４０はそのまま開口、状態としたことにあ
る。

そして、可動ダイアフラム１００の外周に、前記開口状
態にあるエツチング液注入口４０へ連通する圧力導入キ
ャップ５２を設け、この圧力導入キャップ５２を介して
圧力基準室４２内へ第２の圧力を印加する。

このようにすることにより、本実施例の半導体圧力セン
サによれば、ダイアフラム１００の表面側及び裏面側に
は、それぞれ第１の圧力Ｐ１及び第２の圧力Ｐ２が印加
され、可動ダイアフラム１００には両者の差圧に比例し
た歪みが発生する。

この結果、本実施例のセンυによれば、第１及び第２の
圧力差圧を歪みゲージ３４の抵抗変化として正確に検出
することが可能となる。

なお、第５図及び第６図においては、理解を容易にする
ために、絶縁性保護膜３６．接続孔４６及び電極３８の
説明は省略しであるが、これら各部材は前記第１実施例
及び第２実施例と同様に本実施例においても設けられて
いる。

第４実施例 次に本発明の好適な第４実施例を説明する。

本実施例の特徴的事項は、半導体圧力センサを集積回路
と一体化して形成し、いわゆる集積化された半導体圧力
センサとして用いたことにおる。

第７図には、この第４実施例にかかる半導体圧力センサ
の外面図が示されており、本実施例においては、シリコ
ン基板３０の所定位置に前記第１実施例及び第２実施例
で説明した本発明の半導体圧力センサ″２００が形成さ
れており、更に、このシリコン基板３０上に、圧カセン
ザ２００からの出力の増幅や信号処理を行う集積回路３
００と、センサ２００と集積回路３００とを接続するリ
ード及び外部との接続とを行う複数の電極４００が形成
されている。

このように、本発明によれば、半導体圧力センサーを集
積回路の構成素子要素の１つと見なすことかできる程度
に小型に形成することができ、またその製）青も、ハ面
込理により行うことか可能でおり、しかも集積回路と同
一の製造処理工程を用いることができる。

従って、本発明は、この第４実施例で示ずごとく、半導
体圧力センサを集積回路と一体化して、いわゆる集積化
センサとして製造する場合に極めて好適なものであるこ
とか理解される。

他の実施例 なお、前記各実施例においては、窒化シリコンからなる
ダイアフラムｌ］！３２と絶縁性保護膜３６との積層膜
を可動ダイアフラム１００として用いる場合、あるいは
これに所定の酸化膜からなる第２の絶縁性保温膜を被覆
した多層膜を可動ダイアフラム１００として用いる場合
を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、これ以
外にも、例えば窒化シリコン膜上に多結晶シリコンを堆
積して可動ダイアフラム１００を形成することも可能で
あり、厚いダイアフラム１００を必要とする場合に好適
なものとなる。

更に、前記実施例においては、ダイアフラム膜３２）絶
縁性保護膜３６として、窒化シリコンを用いる場合を例
にとり説明したが、これ以外にも、例えばアルミナ（Ａ
ｌ２Ｏ２）、サフアイヤ（ＡＩ　２　ｏ３）、フッ化カ
ルシウム（ＣａＦ２）等シリコン基板３０上に安定に堆
積し、シリコンのエツチング速度よりもそのエツチング
速度が極めて遅い絶縁材料であれば他の材料を用いるこ
とも可能である。

更に、前記各実施例においては、歪みゲージ３４として
、多結晶シリコンを用いた場合を例にとり説明している
が、これ以外にも、例えば多結晶シリコンを再結晶化し
て単結晶化することにより、更に感度の向上を図ること
が可能であり、また、これ以外の材料でも、ダイアフラ
ム膜上に安定に堆積することができ、ピエゾ抵抗効果が
充分発揮できるものであれば、他の材料を用いても形成
することが可能でおる。

このように、本発明の半導体圧力センサは、小型かつ高
精度のものとすることができるため、例えば気圧計、血
圧計、自動車エンジン制御用の圧力センサ、工業（プラ
ント）用の圧力伝送器におけるセンサ及びその他の用途
に幅広く用いることか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明にかかる半導体圧力センサ及
びその製造方法の好適な第１実施例を示す説明図、 第３図及び第４図は本発明の好適な第２実施例を示す戦
略説明図、 第５及び第６図は本発明の好適な第３実施例を示す戦略
説明図、 第７図は本発明の好適な第４実施例を示す説明図、 第８図は従来の半導体圧力センサ及びその製造方法を示
す［略説明図である。 ３０　・・・　基板 ３２　・・・　ダイアフラム膜 ３４　・・・　歪みゲージ ３６　・・・　絶縁性保護膜 ３８　・・・　電極 ４０　・・・　エツチング液注入口 ４２　・・・　圧力基準至 ４４　・・・　封止部材 ４６　・・・　接続孔 ５２　・・・　圧力導入キャップ １００　　・・・　可動ダイアフラム ２００　　・・・　半導体圧力センサ ３００　　・・・　集積回路 ４００　　・・・　電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、 耐エッチング材料を用いて形成され、半導体基板の主表
   面上に設けられた絶縁性のダイアフラム膜と、 ダイアフラム膜を貫通して半導体基板に到達するよう設
   けられた少なくとも１個のエッチング液注入口と、 エッチング液注入口を介して半導体基板の一部をエッチ
   ング除去することにより形成された圧力基準室と、 前記エッチング液注入口の少なくとも一つを密封する封
   止部材と、 ダイアフラム膜の受圧領域所定位置に設けられた少なく
   とも１個の歪みゲージと、 を含み、前記歪みゲージの出力信号に基づき圧力検出を
   行うことを特徴とする半導体圧力センサ。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載のセンサにおいて、 ダイアフラム膜及び歪みゲージが設けられた半導体基板
   の主表面は耐エッチング材料から成る絶縁性保護膜によ
   って被覆され、 歪みゲージの検出信号は歪みゲージの両端と接続された
   複数の電極を介して出力されることを特徴とする半導体
   圧力センサ。
3. （３）特許請求の範囲（１）、（２）のいずれかに記載
   のセンサにおいて、 前記ダイアフラム膜は、窒化シリコン膜又は少なくとも
   窒化シリコン膜を含む多層膜からなることを特徴とする
   半導体圧力センサ。
4. （４）特許請求の範囲（１）〜（３）のいずれかに記載
   のセンサにおいて、 エッチング液注入口は圧力基準室を真空に保った状態で
   封止部材によって全て密封され、ダイアフラム表面側よ
   り印加される絶対圧力を測定することを特徴とする半導
   体圧力センサ。
5. （５）特許請求の範囲（１）〜（３）のいずれかに記載
   のセンサにおいて、 エッチング液注入口は複数個設けられ、その一部が封止
   部材を用いて密封され、残りが開口され、開口されたエ
   ッチング液注入口には圧力基準室ヘ第２の圧力を導入す
   る圧力導入手段が設けられ、ダイアフラム表面側に印加
   される第１の圧力と裏面側に印加される第２の圧力との
   差圧を測定することを特徴とする半導体圧力センサ。
6. （６）特許請求の範囲（１）〜（５）のいずれかに記載
   のセンサにおいて、 前記半導体基板の主表面には、所定の信号処理回路と、
   信号処理回路及び歪みゲージの入出力用の複数の電極と
   、これら電極を介して歪みゲージと信号処理回路とを接
   続する複数のリードと、が設けられてなることを特徴と
   する半導体圧力センサ。
7. （７）半導体基板の主表面上に耐エッチング材料からな
   る絶縁性のダイアフラム膜を形成するダイアフラム膜形
   成工程と、 このダイアフラム膜の受圧領域所定位置に少なくとも１
   個の歪みゲージを形成する歪みゲージ形形成工程と、 前記歪みゲージ上に耐エッジング材料から成る絶縁性保
   護膜を被覆形成する保護膜形成工程と、受圧領域所定位
   置に前記絶縁性保護膜及びダイアフラム膜を貫通して半
   導体基板に到達する少なくとも１個のエッチング液注入
   口を形成する注入口形成工程と、 このエッチング液注入口を介してエッチング液を注入し
   て半導体基板の一部をエッチング除去し所定形状可動ダ
   イアフラム及び圧力基準室を形成する基準室形成工程と
   、 エッチング液注入口の少なくとも１つを封止部材を用い
   て密封する注入口封止工程と、 絶縁性保護膜の歪みゲージ両端位置に複数の接続孔を形
   成する接続孔形成工程と、 この接続孔を介して歪みゲージに接続される複数の電極
   を形成する電極形成工程と、 を含み、全処理工程を歪みゲージが設けられる半導体基
   板の主表面上においてのみ行うことを特徴とする半導体
   圧力センサの製造方法。