(57)【要約】【課題】ハンドリングなどの外乱からの影響を受けてもダイヤフラム部が破損する恐れがなく、かつ圧力を高感度で検出する。【解決手段】半導体基板２の表面に対しエッチングを行うことにより形成されたダイヤフラム部３を有する半導体圧力センサ１において、ダイヤフラム部３の端部５付近を当該ダイヤフラム部３の中心部４よりも薄くなるようトレンチ形状に成形する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の裏面に対しエッチングを行うすることにより形成されたダイヤフラム部を有する半導体圧力センサにおいて、前記ダイヤフラム部の端部付近が当該ダイヤフラム部の中心部よりも薄くなるようトレンチ状に成形されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体圧力センサにおいて、前記ダイヤフラム部の表面に１つ以上の凹部が形成されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体圧力センサにおいて、前記ダイヤフラム部の表面に１つ以上の凸部が形成されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項４】
水酸化カリウム水溶液を用いて半導体基板の裏面に対しエッチングを行うことにより厚さの均一なダイヤフラム部を当該半導体基板に形成する工程と、
前記水酸化カリウム水溶液の希釈液にアルコールを添加した混濁液を用いて前記ダイヤフラム部の裏面に対しエッチングを行うことにより当該ダイヤフラム部の裏面の端部付近をトレンチ状に成形する工程と
を備えたことを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラム構造を利用して圧力を検出する半導体圧力センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤフラム構造を利用した半導体圧力センサでは、圧力に対する感度を向上させるために、粗調整エッチングと微調整エッチングとを組み合わせたステッピングエッチングによりダイヤフラム部を薄膜化している。
【特許文献１】特開平６−１０８７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の半導体圧力センサでは、ダイヤフラム部全体が均一に薄膜化されているため、ハンドリングなどの外乱からの影響を受けてダイヤフラム部が破損する恐れがあった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ハンドリングなどの外乱からの影響を受けてもダイヤフラム部が破損する恐れがなく、かつ圧力を高感度で検出することができる半導体圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体圧力センサは、上記の課題を解決するために、半導体基板の裏面に対しエッチングを行うことにより形成されたダイヤフラム部を有する半導体圧力センサにおいて、ダイヤフラム部の端部付近が当該ダイヤフラム部の中心部よりも薄くなるようトレンチ状に成形されていることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、ダイヤフラム部の表面に１つ以上の凹部が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、ダイヤフラム部の表面に１つ以上の凸部が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
そして、本発明の半導体圧力センサの製造方法は、上記の課題を解決するために、水酸化カリウム水溶液を用いて半導体基板の裏面に対しエッチングを行うことにより厚さの均一なダイヤフラム部を当該半導体基板に形成する工程と、水酸化カリウム水溶液の希釈液にアルコールを添加した混濁液を用いてダイヤフラム部の裏面に対しエッチングを行うことにより当該ダイヤフラム部の裏面の端部付近をトレンチ状に成形する工程とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体圧力センサによれば、ダイヤフラム部の端部付近が当該ダイヤフラム部の中心部よりも薄くなるようトレンチ状に成形されているので、ダイヤフラム部の揺動に影響を与えることなくダイヤフラム部全体の剛性が高められ、ハンドリングなどの外乱からの影響を受けてもダイヤフラム部が破損する恐れが少なく、かつ圧力を高感度で検出することができる。
【００１０】
また、本発明の半導体圧力センサによれば、ダイヤフラム部の表面に１つ以上の凹部が形成されているので、ダイヤフラム部の剛性が局所的に低められ、圧力に対するダイヤフラム部の変位量を増加させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の半導体圧力センサによれば、ダイヤフラム部の表面に１つ以上の凸部が形成されているので、ダイヤフラム部の剛性が局所的に高められ、凸部が形成されていない部分を集中的に撓ませることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる半導体圧力センサについて説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
まず、図１，２を参照して、本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサの構成について説明する。
【００１４】
本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサ１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、表面に対しエッチングを行うことにより形成された矩形形状のダイヤフラム部３を有する半導体基板２と、このダイヤフラム部３の表面に低濃度のｐ型不純物を注入することにより形成されたピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４とを備えている。
【００１５】
ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は、半導体基板２の表面に高濃度のｐ型不純物を拡散させることにより形成された拡散配線Ｌ１〜Ｌ４により接続され、図２に示すようなブリッジ回路を構成している。
【００１６】
ピエゾ抵抗素子Ｒ１の一方端は、拡散配線Ｌ１を介して出力端子Ｖｏｕｔ＋に接続され、他方端は、拡散配線Ｌ４を介して接地端子ＧＮＤに接続されている。ピエゾ抵抗素子Ｒ２の一方端は、拡散配線Ｌ２を介してバイアス端子Ｖｄｄに接続され、他方端は、拡散配線Ｌ１を介して出力端子Ｖｏｕｔ＋に接続されている。
【００１７】
ピエゾ抵抗素子Ｒ３の一方端は、拡散配線Ｌ３を介して出力端子Ｖｏｕｔ−に接続され、他方端は、拡散配線Ｌ２を介してバイアス端子Ｖｄｄに接続されている。ピエゾ抵抗素子Ｒ４の一方端は、拡散配線Ｌ４を介して接地端子ＧＮＤに接続され、他方端は、拡散配線Ｌ３を介して出力端子Ｖｏｕｔ−に接続されている。
【００１８】
このように構成された半導体圧力センサ１では、ダイヤフラム部３の一方から圧力が加わると、ダイヤフラム部３の表面と裏面との間に差圧が生じることによりダイヤフラム部３が撓み、このダイヤフラム部３の撓みによりピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を構成する結晶が歪んで抵抗値が変化し、この抵抗値の変化がブリッジ回路の入力電圧Ｅに対する出力電圧ｅの変化として検出される。
【００１９】
また、この半導体圧力センサ１では、図１（ｂ）に示すように、ダイヤフラム部３の端部５付近が当該ダイヤフラム部３の中心部４よりも薄くなるようトレンチ状に成形されている。
【００２０】
具体的には、ダイヤフラムをシリコン（１００）面に作る際に、周囲の壁となる（１１１）付近のダイヤフラム面では壁から離れたところに比べてエッチングが深く進む現象（以降、トレンチングという。）を利用して、水酸化カリウム水溶液を用いて半導体基板２の裏面に対しエッチングを行うことにより厚さの均一なダイヤフラム部３を当該半導体基板２に形成した後、水酸化カリウム水溶液の希釈液にアルコールを添加した混濁液を用いてダイヤフラム部３の裏面に対しエッチングを行うことにより当該ダイヤフラム部３の裏面の端部５付近をトレンチ状に成形している。
【００２１】
このため、本発明の第１実施形態によれば、ダイヤフラム部３の揺動に影響を与えることなくダイヤフラム部３全体の剛性が高められ、ハンドリングなどの外乱からの影響を受けてもダイヤフラム部３が破損する恐れが少なく、かつ圧力を高感度で検出することができる。
【００２２】
具体的には、面積：２．０ｍｍ×１．５ｍｍ，厚さ：１２μｍのダイヤフラム部３を有するシリコン基板を用いて、ダイヤフラム部３の端部５付近が当該ダイヤフラム部３の中心部４よりも１μｍ以上薄くなるようトレンチ状に成形されているＡとそうでない場合Ｂとを比較した結果、図３に示すように、１０％以上の感度の増加が確認された。なお、この感度は、エッチング時間が増加するにつれてダイヤフラム部３が薄膜化されてトレンチングも進むことから累積的に増加する。
【００２３】
［第２実施形態］
つぎに、図４を参照して、本発明の第２実施形態となる半導体圧力センサの構成について第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２４】
本発明の第２実施形態となる半導体圧力センサ１では、第１実施形態と異なり、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ダイヤフラム部３の表面のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている領域以外の領域に複数の凹部６が形成されている。
【００２５】
このため、本発明の第２実施形態によれば、ダイヤフラム部３の剛性が局所的に低められ、圧力に対するダイヤフラム部３の変位量を増加させることができ、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を構成する結晶を歪ませる力学的作用を考慮して凹部６を配置することによりピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を効率的に歪ませることができる。
【００２６】
［第３実施形態］
つぎに、図５を参照して、本発明の第３実施形態となる半導体圧力センサの構成について第１実施形態及び第２実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２７】
本発明の第３実施形態となる半導体圧力センサ１では、第１実施形態及び第２実施形態と異なり、図５（ａ），（ｂ）に示すように、ダイヤフラム部３の表面のピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている領域以外の領域に複数の凸部７が絶縁膜８を介して形成されている。
【００２８】
このため、本発明の第３実施形態によれば、ダイヤフラム部３の剛性が局所的に高められ、凸部７が形成されていない部分を集中的に撓ませることができ、ピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を構成する結晶を歪ませる力学的作用を考慮して凸部７を配置することによりピエゾ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を効率的に歪ませることができる。
【００２９】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、上記の実施形態に基づいて当業者によってなされる他の実施形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範囲に含まれることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ａ）表面図、（ｂ）断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサのブリッジ回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサにおけるトレンチング量に対する感度増加量を示す例示図である。
【図４】本発明の第２実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ａ）表面図、（ｂ）断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ａ）表面図、（ｂ）断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：半導体圧力センサ
２：半導体基板
３：ダイヤフラム部
４：中心部
５：端部
６：凹部
７：凸部
８：絶縁膜
Ｖｄｄ：バイアス端子
ＧＮＤ：接地端子
Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−：出力端子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４：ピエゾ抵抗素子
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４：拡散配線
Ｅ：入力電圧
ｅ：出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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