(57)【要約】【課題】安定したセンサ特性が得られる小型の差圧型圧力センサを、簡便な工程で効率よく、かつ安定して作製できる製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る圧力センサの製造方法は、第一基板１１の中央域αに第一凹部１４ａを形成する工程、前記第一凹部１４ａの内底部に第二凹部１５ａを形成する工程、前記第一基板１１の第一凹部１４ａが形成された面に第二基板１２を貼り合わせ、該第二基板１２と略平行して広がる第一空隙部１４を形成する工程、前記第二基板１２を薄板化してダイアフラム部１６を形成する工程、前記ダイアフラム部１６に少なくとも感圧素子１７及び導電部を形成する工程、前記第一基板１１の外面をなす前記基体１３の他面側から該第一基板１１を薄板化し、前記第二凹部１５ａに繋がる開口部を形成して、前記第一空隙部１４と前記基体１３の外部とを連通する第二空隙部１５を作製する工程、を少なくとも有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板に第二基板を重ねてなる基体、
該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、
該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、
該ダイアフラム部に配された感圧素子、
及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該感圧素子と電気的に接続された導電部を少なくとも備え、
前記第一空隙部の内底部から前記第一基板の外面をなす前記基体の他面に向かって延設される第二凹部を配し、かつ、該第二凹部が開口部を備えることにより、前記第一空隙部と前記基体の外部とを連通する第二空隙部を有する圧力センサの製造方法であって、
前記第一基板に前記第一凹部を形成する工程、
前記第一凹部の内底部に前記第二凹部を形成する工程、
前記第一基板の第一凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部を形成する工程、
前記第二基板を薄板化して前記ダイアフラム部を形成する工程、
前記ダイアフラム部に少なくとも前記感圧素子及び前記導電部を形成する工程、
及び、前記第一基板の外面をなす前記基体の他面側から該第一基板を薄板化し、前記第二凹部に繋がる前記開口部を形成して、前記第二空隙部を作製する工程、を少なくとも有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサの製造方法により、製造されたことを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサの製造方法及び圧力センサに係る。より詳細には、半導体からなる基板を利用した小型の差圧型圧力センサを、簡便な工程で効率よく、かつ安定して製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）技術を駆使した小型の圧力センサが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
小型の絶対圧型圧力センサ１１１の構造を図４に示す。この圧力センサ１１１は、シリコン等からなる半導体基板１１２の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる、基準圧力室としての空間１１３と、該空間１１３の一方側に位置する薄板化された領域によりなるダイアフラム部１１４と、圧力による該ダイアフラム部１１４の歪抵抗の変化を測定するために配された、感圧素子としての歪ゲージ１１５と、前記一面において、前記ダイアフラム部１１４を除いた外周域に配され、前記歪ゲージ１１５ごとに電気的に接続された導電部１１６等を備え、ダイアフラム部１１４が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージ１１５にダイアフラム部１１４の歪み量に応じた応力が発生し、この応力に応じて歪ゲージ１１５の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を電気信号として取り出すことにより、圧力センサ１１１は圧力を検出する。
【０００３】
このような小型の圧力センサ１１１を製造する方法として、第一基板に凹部を形成し、第二基板と貼り合わせることにより簡便に高精度な絶対圧型の圧力センサを作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上述の製造方法により得られる圧力センサは、基準圧力室を基板内に有した絶対圧型の圧力センサとして機能する構造のため、ゲージ圧の測定時には外圧をも測定し補正を行う必要があり、測定が困難である。そこで、半導体基板の外部と連通する孔部を設けることによって、圧力基準室である空間が外部に開放され、外圧との差圧を一度で測定可能な差圧型の圧力センサの開発が進められている。
【０００４】
上述の圧力センサの製造方法から差圧型の圧力センサを作製する場合、第一基板に基準圧力室と基板外部とを連通する孔部を形成する工程が必要となる。
しかしながら、第一基板と第二基板の貼り合わせ後に基板裏面からのエッチング加工により孔部を形成する場合、基準圧力室と外部とが連通後もエッチングを進行させてしまうと、基準圧力室内壁及びダイアフラム裏面までエッチングされてしまい、センサ特性の変動、さらにはセンサ自体の破壊の虞もある。これに対し、基板の貼り合わせ前に孔部を形成する場合、基板厚方向に深くエッチングしなければならないため、横方向へのエッチングの制御が難しく、結果的にダイアフラムの大きさのバラツキ、すなわちセンサ特性のバラツキが生じる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２８３７１２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Transducers’０３予稿集、ｐ．２４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安定したセンサ特性を有する小型の差圧型圧力センサを、簡便な工程で効率よく、かつ安定して作製できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る圧力センサの製造方法は、第一基板に第二基板を重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、該ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該感圧素子と電気的に接続された導電部を少なくとも備え、前記第一空隙部の内底部から前記第一基板の外面をなす前記基体の他面に向かって延設される第二凹部を配し、かつ、該第二凹部が開口部を備えることにより、前記第一空隙部と前記基体の外部とを連通する第二空隙部を有する圧力センサの製造方法であって、前記第一基板に前記第一凹部を形成する工程、前記第一凹部の内底部に前記第二凹部を形成する工程、前記第一基板の第一凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部を形成する工程、前記第二基板を薄板化して前記ダイアフラム部を形成する工程、前記ダイアフラム部に少なくとも前記感圧素子及び前記導電部を形成する工程、及び、前記第一基板の外面をなす前記基体の他面側から該第一基板を薄板化し、前記第二凹部に繋がる前記開口部を形成して、前記第二空隙部を作製する工程、を少なくとも有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に係る圧力センサは、請求項１に記載の圧力センサの製造方法により、製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係る圧力センサの製造方法では、第一基板に基準圧力室（第一空隙部）となる第一凹部、および第一凹部の内底部に外部との連通孔部（第二空隙部）となる第二凹部を順に形成した後に、第一基板と第二基板を貼り合わせ、さらにダイアフラム部及び回路を形成した後、第一基板を裏面から薄板化して第二凹部を基板外面に開口させる工程とした。
このように第一凹部と第二凹部の形成に別々の工程を用いた。すなわち、まず第一凹部を形成する工程により、ダイアフラム部の大きさを規定する。次いで、第二凹部を形成する工程により、第一凹部の内底面に対して深堀エッチングを行う。ゆえに、第一凹部自体を深くエッチングする必要がなくなるため、深堀エッチングの際に課題となるサイドエッチングによる第一凹部における幅方向の寸法の変化が抑制される。これにより、ダイアフラム部の大きさに生じるバラツキを抑えられるので、センサ感度のバラツキも低減される。したがって、本発明によれば、安定したセンサ特性を有する圧力センサを作製することが可能となる。
また、第一基板と第二基板とを貼り合わせる前に予め第二空隙部を形成しておくことにより、基板を貼り合わせた後に別途エッチング加工により連通孔部を形成し、差圧型の圧力センサを作製する場合に懸念されていた従来の課題、すなわち、オーバーエッチングによりダイアフラム部が損傷する虞がすくうなくなる。さらには、基板に回路を形成した後に第一基板の裏面から第二凹部と外部との連通孔を開口させる工程としたことにより、予め開口させた状態にした場合に懸念されていた従来の課題、すなわち、回路形成時のウエットプロセスにおいて、基準圧力室が孔部を通じて汚染される虞もなくなる。これにより、安定した動作が可能な圧力センサが得られる。
したがって、本発明によれば、安定したセンサ特性を有する小型の差圧型圧力センサを、簡便な工程で効率よく、かつ安定して作製できる製造方法を提供できる
【００１１】
本発明の請求項２に係る圧力センサは、請求項１に記載の圧力センサの製造方法により作製されたものである。これにより、ダイアフラム部の損傷や大きさのバラツキが少なく、
安定したセンサ特性が得られる小型の差圧型圧力センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る圧力センサの製造方法の一例を示す模式的な断面工程図。
【図２】本発明に係る圧力センサの一例を示す模式的な平面図。
【図３】感圧素子（ゲージ抵抗）の電気的な配線図。
【図４】小型の絶対圧型圧力センサを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る圧力センサの製造方法を図面に基づいて説明する。
図１は、図２に示す圧力センサ１の製造方法の一例を模式的に示した断面工程図であり、図２におけるＡ１−Ａ１線に沿った断面に相当する。すなわち、図２はダイアフラム部１６を設けた面である。また、図３は、感圧素子（ゲージ抵抗）の電気的な配線図である。
【００１４】
まず、図１（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる第一基板１１の一面において、中央域αに第一凹部１４ａを形成し、次いで図１（ｂ）に示すように、第一凹部１４ａの内底部に、第二凹部１５ａを形成する。凹部１４ａ、１５ａは、例えばＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching） 法によりエッチングすることで形成することができる。ＤＲＩＥ法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用い、高密度プラズマによるエッチングと、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行なうことにより（Bosch プロセス）、第一基板１１を深堀エッチングするものである。なお、凹部１４ａ、１５ａを形成する方法はＤＲＩＥ法に限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
なお、第一凹部１４ａの深さは特に限定されるものではないが、エッチング時に生じるサイドエッチング量を少なくするためにも、数μｍ〜数１０μｍ程度とするのが好ましい。
【００１５】
このように、まず第一凹部１４ａを形成する工程により、ダイアフラム部１６の大きさを規定し、次いで第二凹部１５ａを形成する工程により、第一凹部１４ａの内底面に対して深堀エッチングを行う工程を用いる。よって、第一凹部１４ａ自体を深くエッチングする必要がなくなる。ゆえに、深堀エッチングの際に課題となるサイドエッチングによる第一凹部１４ａにおける幅方向［図１（ａ）において左右方向］の寸法の変化も抑制される。これにより、後にダイアフラム部１６となる部位の大きさ［図１（ｄ）を用いて後述する薄板化された第二基板１２の、図１（ａ）を上方から見た際に第一凹部１４ａと重なる領域の面積］に生じるバラツキを低減できるので、センサ感度のバラツキの小さい圧力センサが得られる。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、第一基板１１の第一凹部１４ａを形成した面に、例えばシリコンからなる第二基板１２を貼り合わせる。この貼り合わせは、例えばウエハ直接接合技術などにより行うことができる。この時、貼り合わせの前に、第一基板１１や第二基板１２を酸化することにより表面に酸化膜を形成し、該酸化膜を介して貼り合わせても良い。なお、これらの接合方法はこれに限定されるものではなく、例えば低融点ガラスを介して接着することも可能である。
その後、図１（ｄ）に示すように、第二基板１２の一面を研磨等により薄板化して所望の厚さとし、ダイアフラム部１６を形成する。第二基板１２を薄板化する方法については特に限定されるものではなく、研削及びポリッシング加工に加え、反応性ガスを用いたドライエッチング、薬液を用いたウェットエッチング、または電気化学エッチング等による加工も可能である。
【００１７】
次に、図１（ｅ）に示すように、薄板化された第二基板１２の外面に、感圧素子１７を形成し、さらに外周部βに該感圧素子１７と電気的に接続する導電部１８（不図示）を設ける。このとき、図３に示すように、感圧素子１７がホイットストーンブリッジを構成するように配する。
【００１８】
次に、図１（ｆ）に示すように、第一基板１１の外面をなす基体１３の他面側から、第一基板１１を例えば研磨などの方法で薄板化し、第二空隙部１５に繋がる開口部を形成する。これにより、開口された第二空隙部は、基準圧力室となる第一空隙部１４と連通し、ダイアフラム部１６などに基体外部の圧力を伝える圧力導入孔１５‘として機能するようになり、本発明における差圧型の圧力センサ１が完成する。
【００１９】
これらの製造方法では、第一基板と第二基板とを貼り合わせる前に予め第二空隙部を形成しておくことにより、基板を貼り合わせた後に別途エッチング加工により連通孔部を形成し、差圧型の圧力センサを作製する場合に懸念されていた従来の課題、すなわち、オーバーエッチングによりダイアフラム部が損傷する虞がすくうなくなる。さらには、基板に回路を形成した後に第一基板の裏面から第二凹部と外部との連通孔を開口させる工程としたことにより、予め開口させた状態にした場合に懸念されていた従来の課題、すなわち、回路形成時のウエットプロセスにおいて、基準圧力室が孔部を通じて汚染される虞もなくなる。これにより、安定した動作が可能な圧力センサが得られる。
したがって、本発明によれば、安定したセンサ特性を有する小型の差圧型圧力センサを、簡便な工程で効率よく、かつ安定して作製できる製造方法を提供できる
【００２０】
また本発明の製造方法により作製された圧力センサ１は、ダイアフラム部の大きさのバラツキや損傷が少なく、安定したセンサ特性が得られる小型の差圧型圧力センサとして機能する。
さらに、圧力センサ１と、これに対して電気的に接続する実装基板とを備えることにより、圧力センサモジュールが作製されるものとなる。したがって、本発明によれば、小型化された圧力センサモジュールを提供することができる。
また、上述した構成を備える、圧力センサ、圧力センサモジュールを搭載したことを特徴とする電子部品は、搭載した際に嵩張る筐体などが不要なことから、圧力センサ又は圧力センサモジュールを収容する容積が大幅に低減されると共に、筐体などに相当する重量も削減される。よって、本発明によれば、小型で軽量な電子部品の提供が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明に係る圧力センサは、例えば空気圧や水圧、油圧等の圧力を測定する用途に使用され、特にウエハレベルチップサイズ化により筐体等を不要とした構造を備えているので、薄型化や小型化、あるいは軽量化等が求められている各種の電子部品に好適である。
【符号の説明】
【００２２】
α 中央域、β 外周域、１ 圧力センサ、１１  第一基板、１２  第二基板、１３ 基体、１４  第一空隙部、１４ａ  第一凹部、１５  第二空隙部、１５ａ  第二凹部、１５’  圧力導入孔、１６  ダイアフラム部、１７  感圧素子、１８ 導電部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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