(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン材料からなる基板と、該基板の裏面側に受圧凹溝を形成することにより該基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を枠状に取囲んで該薄肉部の表面側に設けられ取囲まれた内側をダイヤフラム部とする枠状突部と、該枠状突部上に接合して設けられ前記ダイヤフラム部を閉塞して基準圧力を与える圧力室を画成する閉塞板と、前記ダイヤフラム部に位置して前記薄肉部に設けられ前記受圧凹溝と圧力室との間の差圧によって前記ダイヤフラム部が変形するときの撓みを検出する撓み検出素子とからなる圧力センサの製造方法において、
前記基板の表面側に枠状突部と該枠状突部の内側に開口部を有するマスク部とを形成する枠状突部形成工程と、前記マスク部の表面側から不純物を注入することによって前記開口部に対応した位置に撓み検出素子を形成する撓み検出素子形成工程と、該撓み検出素子形成工程の後に前記マスク部を除去するマスク部除去工程とを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】
前記マスク部除去工程の後に前記枠状突部上に閉塞板を接合する閉塞板接合工程を行う構成としてなる請求項１に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項３】
前記マスク部除去工程の後に前記基板の裏面側に受圧凹溝を形成することにより前記基板の表面側に薄肉部を形成する受圧凹溝加工工程を行う構成としてなる請求項１または２に記載の圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエッチング加工等の手段によってシリコン基板に形成され、ダイヤフラム部の撓み変形を利用して圧力を検出するのに好適に用いられる圧力センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧力センサとしては、シリコン材料からなる基板と、該基板の裏面側に受圧凹溝を形成することにより該基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を枠状に取囲んで該薄肉部の表面側に設けられ取囲まれた内側をダイヤフラム部とする枠状突部と、該枠状突部上に接合して設けられ前記ダイヤフラム部を閉塞して基準圧力を与える圧力室を画成する閉塞板と、前記ダイヤフラム部に位置して前記薄肉部に設けられ前記受圧凹溝と圧力室との間の差圧によって前記ダイヤフラム部が変形するときの撓みを検出する撓み検出素子とから構成したものが知られている（例えば、特開平１１−１１８６４２号公報等）。
【０００３】
そして、このような従来技術による圧力センサは、流体圧等がダイヤフラム部に作用すると、この圧力に応じて薄肉部のうちダイヤフラム部が撓み変形する。このとき、撓み検出素子はダイヤフラム部に設けられているから、撓み検出素子はダイヤフラム部の歪に応じた信号を出力する。このため、圧力センサは、撓み検出素子からの信号を検出することによって、ダイヤフラム部に加わる圧力を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、例えば露光装置等を用いて薄肉部にピエゾ抵抗素子等の撓み検出素子を形成した後に、この撓み検出素子を取囲んだ状態で薄肉部の表面側に枠状突部を形成することにより、撓み検出素子をダイヤフラム部上の所定位置に配設する構成としている。
【０００５】
しかし、一般的に露光装置を用いた場合の位置合わせ精度は０．０５〜０．３μｍ程度が限界であることが多いため、撓み検出素子と枠状突部とを別々のマスクを露光することによって形成した場合、撓み検出素子とダイヤフラム部との間には例えば０．０５〜０．５μｍ程度の位置ずれが生じることがある。この結果、複数の圧力センサ間で撓み検出素子から出力される信号が異なり、圧力の検出精度にばらつきが生じて信頼性が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は高精度に圧力を検出できると共に、ダイヤフラム部に撓み検出素子を高精度に位置合せすることが可能な圧力センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、シリコン材料からなる基板と、該基板の裏面側に受圧凹溝を形成することにより該基板の表面側に設けられた薄肉部と、該薄肉部の一部を枠状に取囲んで該薄肉部の表面側に設けられ取囲まれた内側をダイヤフラム部とする枠状突部と、該枠状突部上に接合して設けられ前記ダイヤフラム部を閉塞して基準圧力を与える圧力室を画成する閉塞板と、前記ダイヤフラム部に位置して前記薄肉部に設けられ前記受圧凹溝と圧力室との間の差圧によって前記ダイヤフラム部が変形するときの撓みを検出する撓み検出素子とからなる圧力センサの製造方法に適用される。
【０００８】
そして、請求項１に係る発明の特徴は、基板の表面側に枠状突部と該枠状突部の内側に開口部を有するマスク部とを形成する枠状突部形成工程と、前記マスク部の表面側から不純物を注入することによって前記開口部に対応した位置に撓み検出素子を形成する撓み検出素子形成工程と、該撓み検出素子形成工程の後に前記マスク部を除去するマスク部除去工程とを有することにある。
【０００９】
このように構成したことにより、枠状突部形成工程によって一枚のマスクを用いて枠状突部とマスク部とを形成することができる。そして、撓み検出素子形成工程では、マスク部の表面側から不純物を注入することによって撓み検出素子を形成するから、マスク部の開口部に対応した位置に撓み検出素子を形成することができる。このため、枠状突部用のマスクと撓み検出素子用のマスクとを別々に露光するときに比べて、一枚のマスクによって枠状突部と撓み検出素子とを高精度に位置決めすることができる。また、マスク部除去工程によってマスク部を除去するから、枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部の厚さ寸法を全面に亘ってほぼ均一にできる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、マスク部除去工程の後に前記枠状突部上に閉塞板を接合する閉塞板接合工程を行う構成としたことにある。
【００１１】
これにより、マスク部除去工程によってマスク部を除去した状態で、閉塞板接合工程によって枠状突部上に閉塞板を接合することができる。このため、枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部の厚さ寸法を全面に亘ってほぼ均一にできると共に、該ダイヤフラム部を閉塞して圧力室を画成することができるから、受圧凹溝に圧力が作用したときには、ダイヤフラム部を全体に亘って撓み変形させることができる。
【００１２】
さらに、請求項３の発明は、マスク部除去工程の後に前記基板の裏面側に受圧凹溝を形成することにより前記基板の表面側に薄肉部を形成する受圧凹溝加工工程を行う構成としたことにある。
【００１３】
これにより、基板の裏面側に受圧凹溝を設けることによって基板の表面側に薄肉部を形成することができる。また、基板の表面側には枠状突部が形成されているから、薄肉部のうち該枠状突部の内側に位置する部位をダイヤフラム部とすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による圧力センサを図１ないし図１２に従って詳細に説明する。
【００１５】
図において、１はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなる四角形状の基板で、該基板１は、シリコン単結晶からなる基底部１Ａと、該基底部１Ａの表面側に形成された表層部１Ｂと、該表層部１Ｂと基底部１Ａとの間に介在した酸化膜としての絶縁層部１Ｃとから構成されている。そして、基底部１Ａの裏面側と表層部１Ｂの表面側には、酸化膜２，３が形成されている。
【００１６】
また、表層部１Ｂの表面側に設けられた酸化膜３は、後述する枠状突部６の外側に位置する外側酸化膜３Ａと、枠状突部６の内側に位置する内側酸化膜３Ｂとから構成され、外側酸化膜３Ａは、内側酸化膜３Ｂよりも僅かに厚膜に形成されている。
【００１７】
４は圧力センサに加わる圧力を受圧するための受圧凹溝で、該受圧凹溝４は、基底部１Ａの中央に位置して裏面側に略四角形状に凹設されている。そして、受圧凹溝４は、基底部１Ａの裏面側に酸化膜２を介して異方性のエッチング処理を施すことにより、基底部１Ａから絶縁層部１Ｃに向けて漸次縮小したテーパ状の有底穴をなすものである。
【００１８】
５は受圧凹溝４によって基板１の表面側に設けられた薄肉部で、該薄肉部５は受圧凹溝４に対応して略四角形状をなし、基板１の表層部１Ｂ、絶縁層部１Ｃ等によって形成されている。
【００１９】
６は薄肉部５の表面側に設けられた枠状突部で、該枠状突部６は、図２に示すように例えば酸化シリコン等によって略四角形の枠状に形成され、その表面側には多結晶シリコンからなる多結晶膜７が形成されている。また、枠状突部６は、薄肉部５の一部を枠状に取囲んでいる。これにより、薄肉部５のうち枠状突起６に取囲まれた内側の部位は、受圧凹溝４内の圧力と後述する圧力室Ａ内の圧力との差圧に応じて撓み変形するダイヤフラム部５Ａをなしている。
【００２０】
８，８，…はダイヤフラム部５Ａ内に設けられた例えば４個のピエゾ抵抗素子で、該各ピエゾ抵抗素子８は、狭幅の細線状をなし、ホウ素等の不純物を基板１の表層部１Ｂに注入、拡散してピエゾ抵抗化することによって形成されている。また、各ピエゾ抵抗素子８には、図３に示すように広幅の拡散層配線９が接続され、これらの拡散層配線９を通じてピエゾ抵抗素子８は外部の金属配線（図示せず）等に接続されている。そして、ピエゾ抵抗素子８は、ダイヤフラム部５Ａの撓み変形に応じてその抵抗値が変化するものである。
【００２１】
１０は枠状突部６の表面側に設けられたガラス材料からなる閉塞板で、該閉塞板１０は、図１に示すように枠状突部６表面上の多結晶膜７に陽極接合等によって接合されている。そして、閉塞板１０は、ダイヤフラム部５Ａを閉塞して基準圧力を与える圧力室Ａを画成している。
【００２２】
本実施の形態による圧力センサは上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図４ないし図１２を参照しつつ説明する。
【００２３】
まず、酸化膜形成工程では、図４に示すように基板１の表面側に酸化膜１１を形成すると共に、基板１の裏面側に酸化膜２を形成する。
【００２４】
次に、拡散層配線形成工程では、酸化膜１１の表面側からイオン注入法等によってボロン等の不純物を注入、拡散し、図６に示すように枠状突部６の外側から内側に向かって延びる拡散層配線９を形成する。その後、酸化膜１１の厚さ寸法を増大させ、図５に示すように厚膜状酸化膜１２を形成する。
【００２５】
次に、枠状突部形成工程では、厚膜状酸化膜１２上にフォトレジストを塗布した状態でエッチング処理を施し、図８に示すように略矩形枠状の枠状突部６と、該枠状突部６の内側に位置して略四角形状のマスク部１３とを形成する。ここで、マスク部１３には、各ピエゾ抵抗素子８に対応して略長方形の細溝状に延びる開口部１４が４個穿設されている。また、各開口部１４の両端側には、各拡散層配線９の先端にピエゾ抵抗素子８を接続するための接続部１４Ａが屈曲した状態で設けられている。
【００２６】
その後、図７に示すように再度基板１の表面側に酸化膜１５を形成すると共に、マスク部１３の外縁側、枠状突部６等を覆った状態でフォトレジスト１６を塗布、露光する。このとき、フォトレジスト１６の中央には、マスク部１３の開口部１４を通じて不純物をイオン注入するための注入用穴１６Ａが設けられている。
【００２７】
次に、撓み検出素子形成工程では、フォトレジスト１６の注入用穴１６Ａを通じてボロン等の不純物を注入する。このとき、マスク部１３は、厚さ寸法の大きなシリコン酸化膜によって構成されているから、基板１のうちマスク部１３によって覆われた部分には不純物が到達せず、開口部１４に対応する部分のみ不純物が注入、拡散される。
【００２８】
これにより、基板１の表面側には、開口部１４に対応した位置にピエゾ抵抗素子８が形成される。このとき、開口部１４の両端側には拡散層配線９の先端側に対応した位置に接続部１４Ａが設けられているから、ピエゾ抵抗素子８の両端側は拡散層配線９に接続される。
【００２９】
次に、マスク部除去工程では、撓み検出素子形成工程の後にフォトレジスト１６を除去する。その後、枠状突起部６を保護し、かつダイヤフラム部５Ａとなる部分がエッチング用開口部１７Ａとなったフォトレジスト１７を塗布、露光し、マスク部１３等にエッチング処理を施す。
【００３０】
これにより、枠状突起部６の内側に位置するマスク部１３等が除去され、図９に示すように基板１の表層部１Ｂが露出すると共に、枠状突起部６の外周側には外側酸化膜３Ａが形成される。
【００３１】
そして、基板１の表層部１Ｂが露出した状態で、フォトレジスト１７のエッチング用開口部１７Ａ内に酸化シリコンを堆積し、外側酸化膜３Ａよりも僅かに薄いほぼ均一な膜厚を有する内側酸化膜３Ｂを形成する。その後、基板１の表面側に多結晶シリコンからなる薄膜状の多結晶膜７を形成し、図１０に示すように枠状突部６の表面側を多結晶膜７によって覆う。
【００３２】
次に、受圧凹溝加工工程では、図１１に示すように基板１の裏面側から異方性のエッチング処理を施すことによって、基板１の基底部１Ａに略四角形状に開口した受圧凹溝４を加工する。これにより、基板１の中央には、表層部１Ｂと絶縁層部１Ｃ等からなる薄肉部５が形成されると共に、薄肉部５の中央には、枠状突部６の内側に位置するダイヤフラム部５Ａが形成される。
【００３３】
最後に、閉塞板接合工程では、図１２に示すように閉塞板１０を枠状突部６上の多結晶膜７にあて、かつ両者を陽極接合する。これにより、図１に示すように、ダイヤフラム部５Ａと閉塞板１０との間に基準となる圧力を与える圧力室Ａを画成する。また、閉塞板１０は、薄肉部５の補強部材ともなるものである。
【００３４】
本実施の形態による圧力センサは、上述のような製造方法によって形成されるものであり、この圧力センサの受圧凹溝４に流体圧等が作用すると、受圧凹溝４と圧力室Ａとの間に差圧が発生する。このとき、受圧凹溝４と圧力室Ａとの差圧よって薄肉部５のうちダイヤフラム部５Ａが撓み変形するから、ピエゾ抵抗素子８の抵抗値がダイヤフラム部５Ａに生じる撓み（歪み）に応じて変化する。このため、拡散層配線９を通じてピエゾ抵抗素子８の抵抗値を検出することによって、受圧凹溝４に作用した圧力を検出するものである。
【００３５】
かくして、本実施の形態では、枠状突部形成工程によって基板１の表面側に枠状突部６とマスク部１３とを形成した後、撓み検出素子形成工程によってマスク部１３の表面側から不純物を注入してピエゾ抵抗素子８を形成したから、枠状突部形成工程によって一枚のマスクを用いて枠状突部６とマスク部１３とを同時に形成することができる。そして、撓み検出素子形成工程では、マスク部１３の表面側から不純物を注入することによってピエゾ抵抗素子８を形成するから、マスク部１３の開口部１４に対応した位置にピエゾ抵抗素子８を形成することができる。
【００３６】
このため、従来技術のように枠状突部用のマスクと撓み検出素子用のマスクとを別々に露光するときに比べて、一枚のマスクによって枠状突部６とピエゾ抵抗素子８とを自己整合的に位置決めすることができ、枠状突部６とピエゾ抵抗素子８との位置ずれを例えば０．０５μｍ以下に抑えることができる。これにより、ピエゾ抵抗素子８から出力される信号が圧力センサ毎にばらつくのを抑制することができ、圧力センサの検出精度を高めることができる。
【００３７】
また、枠状突部６（ダイヤフラム部５Ａ）とピエゾ抵抗素子８との位置合わせ精度を向上するから、圧力センサを微細化することができ、圧力センサの生産性を向上することができる。
【００３８】
さらに、マスク部１３を撓み検出素子形成工程の後に除去する構成としたから、薄肉部５のうち枠状突部６の内側に位置するダイヤフラム部５Ａの厚さ寸法を全面に亘ってほぼ均一にすることができる。この結果、受圧凹溝４に圧力が作用したときには、ダイヤフラム部５Ａの一部に応力が集中することなく、ダイヤフラム部５Ａを全体に亘って撓み変形させることができる。従って、応力集中による検出精度の低下を抑制し、信頼性を向上することができる。
【００３９】
また、閉塞板接合工程ではマスク部除去工程の後に枠状突部６上に閉塞板１０を接合したから、マスク部除去工程によって枠状突部６の内側に位置するダイヤフラム部５Ａの厚さ寸法を一定にした後、閉塞板接合工程によってダイヤフラム部５Ａを閉塞して圧力室Ａを画成することができる。このため、受圧凹溝４に圧力が作用したときには、受圧凹溝４と圧力室Ａとの差圧に応じてダイヤフラム部５Ａを全体に亘って撓み変形させることができる。
【００４０】
さらに、マスク部除去工程の後に受圧凹溝加工工程を行うことによって、基板１の裏面側から受圧凹溝４を加工し基板１の表面側に薄肉部５を形成することができる。また、基板１の表面側には枠状突部６が形成されているから、枠状突部６の内側にはダイヤフラム部５Ａを形成することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、枠状突部形成工程によって基板の表面側に枠状突部とマスク部とを形成した後、撓み検出素子形成工程によってマスク部の表面側から不純物を注入して撓み検出素子を形成したから、枠状突部形成工程によって一枚のマスクを用いて枠状突部とマスク部とを同時に形成することができ、マスク部の開口部に対応した位置に撓み検出素子を形成することができる。このため、従来技術のように枠状突部用のマスクと撓み検出素子用のマスクとを別々に露光するときに比べて、一枚のマスクによって枠状突部と撓み検出素子とを自己整合的に位置決めすることができる。これにより、ピエゾ抵抗素子から出力される信号が圧力センサ毎のばらつくのを抑制することができ、圧力センサの検出精度を高めることができる。
【００４２】
また、マスク部除去工程によって撓み検出素子形成工程の後にマスク部を除去するから、薄肉部のうち枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部の膜厚をほぼ均一にすることができる。このため、受圧凹溝に圧力が作用したときには、ダイヤフラム部の一部に応力が集中することなく、ダイヤフラム部を全体に亘って撓み変形させることができ、応力集中による検出精度の低下を抑制し、信頼性を向上することができる。
【００４３】
また、請求項２の発明によれば、閉塞板接合工程ではマスク部除去工程の後に枠状突部上に閉塞板を接合するから、マスク部除去工程によって枠状突部の内側に位置するダイヤフラム部の厚さ寸法をほぼ均一にした状態で、閉塞板接合工程によってダイヤフラム部を閉塞して圧力室を画成することができる。このため、受圧凹溝に圧力が作用したときには、受圧凹溝と圧力室との差圧に応じてダイヤフラム部を全体に亘って撓み変形させることができる。
【００４４】
さらに、請求項３の発明によれば、マスク部除去工程の後に受圧凹溝加工工程を行うことによって、基板の裏面側から受圧凹溝を加工し基板の表面側に薄肉部を形成することができる。また、基板の表面側には枠状突部が形成されているから、枠状突部の内側にはダイヤフラム部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による圧力センサを図３中の矢示Ｉ−Ｉ方向からみた縦断面図である。
【図２】実施の形態による圧力センサを図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた横断面図である。
【図３】実施の形態による圧力センサを図１中の矢示  ＩＩＩ−ＩＩＩ  方向からみた横断面図である。
【図４】酸化膜形成工程によって基板の両面側に酸化膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図５】拡散層配線形成工程によって拡散層配線を形成した基板を図６中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた縦断面図である。
【図６】拡散層配線を図５中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向からみた横断面図である。
【図７】枠状突部形成工程によって枠状突部とマスク部とを形成した基板を図８中の矢示  ＶＩＩ−ＶＩＩ  方向からみた縦断面図である。
【図８】枠状突部とマスク部とを図７中の矢示ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向からみた平面図である。
【図９】撓み検出素子形成工程によってピエゾ抵抗素子を形成した後にマスク部を除去した状態の基板を示す縦断面図である。
【図１０】図９中の基板に内側酸化膜、多結晶膜を形成した状態を示す縦断面図である。
【図１１】受圧凹溝加工工程によって受圧凹溝を形成した基板を示す縦断面図である。
【図１２】閉塞板接合工程によって枠状突部に閉塞板を接合する状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  基板
４  受圧凹溝
５  薄肉部
５Ａ  ダイヤフラム部
６  枠状突部
８  ピエゾ抵抗素子（撓み検出素子）
１０  閉塞板
１３  マスク部
１４  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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