JP3552964B2

JP3552964B2 - Manufacturing method of pressure sensor

Info

Publication number: JP3552964B2
Application number: JP28980299A
Authority: JP
Inventors: 幸一楠山; 正夫塚田
Original assignee: 株式会社日立ユニシアオートモティブ
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-10-12
Also published as: JP2001111062A

Description

【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（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a pressure sensor which is formed on a silicon substrate by means of, for example, etching, and is preferably used for detecting pressure by using flexural deformation of a diaphragm.
[0002]
[Prior art]
In general, as a pressure sensor, a substrate made of a silicon material, a thin portion provided on a front surface side of the substrate by forming a pressure receiving groove on a back surface side of the substrate, and a part of the thin portion is formed in a frame shape. A frame-shaped protrusion provided on the surface side of the thin-walled portion and having the inside surrounded by the diaphragm as a diaphragm portion; and Detecting a deflection when the diaphragm portion is deformed by a differential pressure between the pressure receiving groove and the pressure chamber provided in the thin portion and located in the diaphragm portion, the closing plate defining a pressure chamber for providing pressure There is known a device configured with a deflection detecting element that performs a flexure (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-118642).
[0003]
In such a conventional pressure sensor, when a fluid pressure or the like acts on the diaphragm portion, the diaphragm portion of the thin-walled portion bends and deforms according to the pressure. At this time, since the deflection detecting element is provided in the diaphragm, the deflection detecting element outputs a signal corresponding to the distortion of the diaphragm. For this reason, the pressure sensor detects the pressure applied to the diaphragm by detecting the signal from the deflection detecting element.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned conventional technology, for example, after forming a flexure detecting element such as a piezoresistive element in a thin portion using an exposure device or the like, a frame-like projection is formed on the surface side of the thin portion in a state surrounding the flexural detection element. By forming the portion, the deflection detecting element is arranged at a predetermined position on the diaphragm portion.
[0005]
However, in general, the alignment accuracy when using an exposure apparatus is often limited to about 0.05 to 0.3 μm, so that the deflection detection element and the frame-shaped projection are exposed by separate masks. In this case, a displacement of, for example, about 0.05 to 0.5 μm may occur between the deflection detecting element and the diaphragm. As a result, the signals output from the deflection detecting elements are different among the plurality of pressure sensors, and there is a problem in that the accuracy of pressure detection varies and reliability is reduced.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and the present invention provides a pressure sensor that can detect pressure with high accuracy and can position a deflection detecting element with high accuracy in a diaphragm portion. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a substrate made of a silicon material, a thin portion provided on the front surface side of the substrate by forming a pressure receiving groove on the back surface side of the substrate, A frame-shaped projection provided on the surface side of the thin-walled portion surrounding a portion of the thin-film portion as a diaphragm portion, and the diaphragm portion provided on the frame-shaped projection and joined to the frame-shaped projection. A diaphragm that defines a pressure chamber that closes the diaphragm and provides a reference pressure; and a diaphragm that is deformed by a differential pressure between the pressure receiving groove and the pressure chamber that is provided in the thin portion and that is located in the diaphragm. The present invention is applied to a method for manufacturing a pressure sensor including a deflection detecting element for detecting a deflection when the pressure sensor performs the bending.
[0008]
A feature of the invention according to claim 1 is that a frame-shaped protrusion forming step of forming a frame-shaped protrusion on a surface side of a substrate and a mask having an opening inside the frame-shaped protrusion is provided, A bending detection element forming step of forming a bending detection element at a position corresponding to the opening by injecting an impurity from a surface side of the section, and a mask section removing step of removing the mask section after the bending detection element forming step And having
[0009]
With this configuration, the frame-shaped protrusion and the mask portion can be formed using a single mask in the frame-shaped protrusion formation process. In the bending detecting element forming step, the bending detecting element is formed by injecting impurities from the surface side of the mask portion, so that the bending detecting element can be formed at a position corresponding to the opening of the mask portion. For this reason, compared with the case where the mask for the frame-shaped protrusion and the mask for the deflection detection element are separately exposed, it is possible to position the frame-shaped protrusion and the deflection detection element with high accuracy using one mask. it can. Further, since the mask portion is removed by the mask portion removing step, the thickness of the diaphragm portion located inside the frame-shaped protrusion can be made substantially uniform over the entire surface.
[0010]
The invention according to claim 2 is configured such that a closing plate joining step of joining a closing plate on the frame-shaped protrusion is performed after the mask portion removing step.
[0011]
This allows the closing plate to be joined onto the frame-shaped protrusion by the closing plate joining step in a state where the mask portion has been removed by the mask portion removing step. For this reason, the thickness of the diaphragm located inside the frame-shaped protrusion can be made substantially uniform over the entire surface, and the diaphragm can be closed to define the pressure chamber. When pressure acts on the diaphragm, the diaphragm portion can be flexed and deformed over the whole.
[0012]
Further, the invention according to claim 3 is configured to perform a pressure receiving groove processing step of forming a thin portion on the front surface side of the substrate by forming a pressure receiving groove on the back surface side of the substrate after the mask portion removing step. It is in.
[0013]
Thus, a thin portion can be formed on the front surface side of the substrate by providing the pressure receiving groove on the back surface side of the substrate. In addition, since the frame-shaped protrusion is formed on the front surface side of the substrate, a portion of the thin portion located inside the frame-shaped protrusion can be used as the diaphragm.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0015]
In the figure, reference numeral 1 denotes a square substrate made of an SOI (Silicon on Insulator) substrate. The substrate 1 has a base portion 1A made of silicon single crystal and a surface layer portion 1B formed on the surface side of the base portion 1A. And an insulating layer 1C as an oxide film interposed between the surface layer 1B and the base 1A. Oxide films 2 and 3 are formed on the back surface side of base portion 1A and the front surface side of surface layer portion 1B.
[0016]
The oxide film 3 provided on the surface side of the surface layer portion 1B includes an outer oxide film 3A located outside the frame-shaped protrusion 6 described later and an inner oxide film 3B positioned inside the frame-shaped protrusion 6 described later. The outer oxide film 3A is formed to be slightly thicker than the inner oxide film 3B.
[0017]
Reference numeral 4 denotes a pressure-receiving groove for receiving a pressure applied to the pressure sensor. The pressure-receiving groove 4 is located at the center of the base 1A and is formed in a substantially rectangular shape on the back surface side. The pressure-receiving groove 4 has a tapered shape that is gradually reduced from the base 1A toward the insulating layer 1C by performing anisotropic etching on the back surface of the base 1A via the oxide film 2. It forms a bottom hole.
[0018]
Reference numeral 5 denotes a thin portion provided on the surface side of the substrate 1 by the pressure receiving groove 4. The thin portion 5 has a substantially rectangular shape corresponding to the pressure receiving groove 4, and has a surface layer portion 1B and an insulating layer portion 1C of the substrate 1. And the like.
[0019]
Reference numeral 6 denotes a frame-shaped protrusion provided on the surface side of the thin portion 5, and the frame-shaped protrusion 6 is formed in a substantially square frame shape by, for example, silicon oxide as shown in FIG. Has a polycrystalline film 7 made of polycrystalline silicon. Further, the frame-shaped protrusion 6 surrounds a part of the thin portion 5 in a frame shape. As a result, the inner portion of the thin portion 5 surrounded by the frame-shaped projections 6 has a diaphragm portion that bends and deforms according to a differential pressure between the pressure in the pressure receiving groove 4 and the pressure in the pressure chamber A described later. 5A.
[0020]
, 8,... Are, for example, four piezoresistive elements provided in the diaphragm portion 5A. Each of the piezoresistive elements 8 has a narrow line shape, and an impurity such as boron is deposited on the surface layer 1B of the substrate 1 by an impurity such as boron. Is formed by injecting and diffusing into piezoresistance. As shown in FIG. 3, a wide diffusion layer wiring 9 is connected to each piezoresistive element 8, and the piezoresistance element 8 is connected to an external metal wiring (not shown) through these diffusion layer wirings 9. Have been. The resistance value of the piezoresistive element 8 changes according to the bending deformation of the diaphragm 5A.
[0021]
Reference numeral 10 denotes a closing plate made of a glass material provided on the surface side of the frame-shaped protrusion 6, and the closing plate 10 is anodically bonded to the polycrystalline film 7 on the surface of the frame-shaped protrusion 6 as shown in FIG. Are joined by The closing plate 10 defines a pressure chamber A that closes the diaphragm 5A and applies a reference pressure.
[0022]
The pressure sensor according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, a method of manufacturing the pressure sensor will be described with reference to FIGS.
[0023]
First, in the oxide film forming step, as shown in FIG. 4, an oxide film 11 is formed on the front surface of the substrate 1, and an oxide film 2 is formed on the back surface of the substrate 1.
[0024]
Next, in a diffusion layer wiring forming step, impurities such as boron are implanted and diffused from the surface side of the oxide film 11 by an ion implantation method or the like, and as shown in FIG. An extended diffusion layer wiring 9 is formed. Thereafter, the thickness of the oxide film 11 is increased, and a thick oxide film 12 is formed as shown in FIG.
[0025]
Next, in a frame-shaped protrusion forming step, an etching process is performed in a state where a photoresist is applied on the thick oxide film 12, and a substantially rectangular frame-shaped frame-shaped protrusion 6 is formed as shown in FIG. A substantially rectangular mask portion 13 is formed inside the frame-shaped protrusion 6. Here, the mask portion 13 is provided with four openings 14 extending in a substantially rectangular narrow groove shape corresponding to the respective piezoresistive elements 8. At both ends of each opening 14, a connection portion 14A for connecting the piezoresistive element 8 to the tip of each diffusion layer wiring 9 is provided in a bent state.
[0026]
Thereafter, as shown in FIG. 7, an oxide film 15 is formed again on the front surface side of the substrate 1, and a photoresist 16 is applied and exposed while covering the outer edge side of the mask portion 13, the frame-shaped protrusion 6, and the like. At this time, an implantation hole 16 </ b> A for implanting impurities through the opening 14 of the mask portion 13 is provided at the center of the photoresist 16.
[0027]
Next, in the deflection detecting element forming step, an impurity such as boron is injected through the injection hole 16A of the photoresist 16. At this time, since the mask portion 13 is formed of a silicon oxide film having a large thickness, impurities do not reach the portion of the substrate 1 covered by the mask portion 13 and the portion corresponding to the opening 14 Only impurities are implanted and diffused.
[0028]
Thus, the piezoresistive element 8 is formed on the front surface side of the substrate 1 at a position corresponding to the opening 14. At this time, since the connecting portions 14A are provided at positions corresponding to the front ends of the diffusion layer wirings 9 on both ends of the opening 14, both ends of the piezoresistive element 8 are connected to the diffusion layer wirings 9.
[0029]
Next, in the mask portion removing step, the photoresist 16 is removed after the deflection detecting element forming step. Thereafter, a photoresist 17 having a portion which becomes the diaphragm portion 5A becomes an opening 17A for etching while protecting the frame-like projection portion 6 is applied and exposed, and the mask portion 13 and the like are subjected to an etching process.
[0030]
As a result, the mask portion 13 and the like located inside the frame-shaped projection 6 are removed, and the surface layer 1B of the substrate 1 is exposed as shown in FIG. The film 3A is formed.
[0031]
Then, while the surface layer 1B of the substrate 1 is exposed, silicon oxide is deposited in the etching opening 17A of the photoresist 17, and an inner oxide film having a substantially uniform thickness slightly smaller than the outer oxide film 3A. Form 3B. Thereafter, a thin polycrystalline film 7 made of polycrystalline silicon is formed on the surface side of the substrate 1, and the surface side of the frame-shaped protrusion 6 is covered with the polycrystalline film 7 as shown in FIG.
[0032]
Next, in the pressure receiving groove processing step, as shown in FIG. 11, by applying anisotropic etching from the back side of the substrate 1, the pressure receiving groove 4 having a substantially square opening in the base 1A of the substrate 1 is formed. To process. As a result, a thin portion 5 including a surface layer portion 1B and an insulating layer portion 1C is formed at the center of the substrate 1, and a diaphragm portion located inside the frame-shaped protrusion 6 is formed at the center of the thin portion 5. 5A is formed.
[0033]
Finally, in the closing plate joining step, the closing plate 10 is applied to the polycrystalline film 7 on the frame-shaped protrusion 6 as shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 1, a pressure chamber A for applying a reference pressure between the diaphragm portion 5A and the closing plate 10 is defined. The closing plate 10 also serves as a reinforcing member for the thin portion 5.
[0034]
The pressure sensor according to the present embodiment is formed by the above-described manufacturing method. When a fluid pressure or the like acts on the pressure receiving groove 4 of the pressure sensor, the pressure sensor moves between the pressure receiving groove 4 and the pressure chamber A. , A differential pressure is generated. At this time, the diaphragm portion 5A of the thin portion 5 is bent and deformed by the pressure difference between the pressure receiving groove 4 and the pressure chamber A, so that the resistance value of the piezoresistive element 8 is changed according to the bending (distortion) generated in the diaphragm portion 5A. Change. For this reason, the pressure acting on the pressure receiving groove 4 is detected by detecting the resistance value of the piezoresistive element 8 through the diffusion layer wiring 9.
[0035]
Thus, in the present embodiment, after the frame-shaped protrusion 6 and the mask portion 13 are formed on the surface side of the substrate 1 by the frame-shaped protrusion formation step, impurities are introduced from the surface side of the mask portion 13 by the deflection detection element formation step. Is implanted to form the piezoresistive element 8, so that the frame-shaped protrusion 6 and the mask portion 13 can be formed simultaneously by using a single mask in the frame-shaped protrusion formation step. Then, in the deflection detecting element forming step, the piezoresistive element 8 is formed by injecting impurities from the surface side of the mask section 13, so that the piezoresistive element 8 is formed at a position corresponding to the opening 14 of the mask section 13. be able to.
[0036]
For this reason, the frame-shaped protrusion 6 and the piezoresistive element 8 can be separated by a single mask as compared with the case where the mask for the frame-shaped protrusion and the mask for the deflection detecting element are separately exposed as in the prior art. Positioning can be performed in a self-aligned manner, and the displacement between the frame-shaped protrusion 6 and the piezoresistive element 8 can be suppressed to, for example, 0.05 μm or less. Thereby, it is possible to suppress the signal output from the piezoresistive element 8 from varying for each pressure sensor, and it is possible to increase the detection accuracy of the pressure sensor.
[0037]
Further, since the positioning accuracy between the frame-shaped protrusion 6 (diaphragm portion 5A) and the piezoresistive element 8 is improved, the pressure sensor can be miniaturized, and the productivity of the pressure sensor can be improved.
[0038]
Further, since the mask portion 13 is removed after the deflection detecting element forming step, the thickness dimension of the diaphragm portion 5A located inside the frame-shaped protrusion 6 of the thin portion 5 is made substantially uniform over the entire surface. can do. As a result, when pressure acts on the pressure receiving groove 4, the diaphragm portion 5A can be flexed and deformed over the entirety without stress being concentrated on a part of the diaphragm portion 5A. Therefore, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy due to stress concentration and improve reliability.
[0039]
Also, in the closing plate joining step, the closing plate 10 was joined onto the frame-shaped protrusion 6 after the mask portion removing step, so that the thickness of the diaphragm portion 5A located inside the frame-shaped protrusion 6 in the mask portion removing step was increased. Then, the pressure chamber A can be defined by closing the diaphragm portion 5A by the closing plate joining step. For this reason, when pressure acts on the pressure receiving groove 4, the diaphragm portion 5A can be flexed and deformed over the whole according to the pressure difference between the pressure receiving groove 4 and the pressure chamber A.
[0040]
Further, by performing the pressure receiving groove processing step after the mask portion removing step, the pressure receiving groove 4 can be processed from the back surface side of the substrate 1 and the thin portion 5 can be formed on the front surface side of the substrate 1. Further, since the frame-shaped protrusion 6 is formed on the front surface side of the substrate 1, the diaphragm 5 </ b> A can be formed inside the frame-shaped protrusion 6.
[0041]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first aspect of the invention, after forming the frame-shaped protrusion and the mask portion on the front surface side of the substrate by the frame-shaped protrusion formation step, the surface of the mask portion is formed by the bending detection element forming step. Since the deflection detecting element is formed by injecting impurities from the side, the frame-shaped protrusion and the mask portion can be simultaneously formed using a single mask in the frame-shaped protrusion formation step, and the opening of the mask portion is formed. Can be formed at a position corresponding to the above. For this reason, the frame-shaped protrusion and the deflection detecting element are self-aligned by one mask as compared with the case where the mask for the frame-shaped protrusion and the mask for the deflection detecting element are separately exposed as in the related art. Positioning can be achieved. Thus, it is possible to suppress a signal output from the piezoresistive element from varying for each pressure sensor, and it is possible to increase the detection accuracy of the pressure sensor.
[0042]
Further, since the mask portion is removed by the mask portion removing process after the bending detecting element forming process, the thickness of the diaphragm portion located inside the frame-shaped protrusion in the thin portion can be made substantially uniform. For this reason, when pressure acts on the pressure-receiving groove, the stress can not be concentrated on a part of the diaphragm portion, but the entire diaphragm portion can be flexed and deformed, thereby suppressing a decrease in detection accuracy due to the stress concentration. , Reliability can be improved.
[0043]
According to the second aspect of the present invention, in the closing plate joining step, the closing plate is joined on the frame-shaped protrusion after the mask portion removing step. Therefore, the diaphragm located inside the frame-shaped protrusion by the mask portion removing step. The pressure chamber can be defined by closing the diaphragm portion by the closing plate joining step in a state where the thickness dimension of the portion is substantially uniform. For this reason, when pressure acts on the pressure receiving groove, the diaphragm portion can be flexed and deformed over the whole in accordance with the pressure difference between the pressure receiving groove and the pressure chamber.
[0044]
Further, according to the invention of claim 3, by performing the pressure receiving groove processing step after the mask portion removing step, the pressure receiving groove can be processed from the back surface side of the substrate to form a thin portion on the front surface side of the substrate. it can. Further, since the frame-shaped protrusion is formed on the front surface side of the substrate, a diaphragm can be formed inside the frame-shaped protrusion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention as viewed from the direction of arrows II in FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the pressure sensor according to the embodiment as viewed from the direction of arrows II-II in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the pressure sensor according to the embodiment as viewed from a direction indicated by arrows III-III in FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a state in which oxide films are formed on both sides of a substrate by an oxide film forming step.
FIG. 5 is a vertical sectional view of the substrate on which the diffusion layer wiring is formed in the diffusion layer wiring forming step, as viewed from the direction indicated by arrows VV in FIG. 6;
FIG. 6 is a cross-sectional view of the diffusion layer wiring viewed from the direction of arrows VI-VI in FIG. 5;
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the substrate on which the frame-shaped protrusion and the mask portion are formed in the frame-shaped protrusion formation step, as viewed in the direction of arrows VII-VII in FIG.
8 is a plan view of the frame-shaped protrusion and the mask as viewed from the direction of arrows VIII-VIII in FIG. 7;
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the substrate in a state where a mask portion is removed after a piezoresistive element is formed in a bending detection element forming step.
10 is a longitudinal sectional view showing a state in which an inner oxide film and a polycrystalline film are formed on the substrate in FIG.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a substrate on which a pressure-receiving groove is formed by a pressure-receiving groove processing step.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a state in which a closing plate is joined to a frame-shaped protrusion in a closing plate joining step.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 4 Pressure receiving groove 5 Thin portion 5A Diaphragm portion 6 Frame-shaped protrusion 8 Piezoresistive element (bending detection element)
10 closing plate 13 mask portion 14 opening

Claims

A substrate made of a silicon material; a thin portion provided on the front surface side of the substrate by forming a pressure receiving groove on the back surface side of the substrate; and a thin portion surrounding a part of the thin portion in a frame shape. A frame-shaped projection provided on the front side of the frame and having an enclosed inside as a diaphragm portion, and a pressure chamber provided on the frame-shaped projection and joined to close the diaphragm portion to apply a reference pressure. And a deflection detecting element which is provided in the thin portion and is located in the diaphragm portion, and detects a deflection when the diaphragm portion is deformed by a pressure difference between the pressure receiving groove and the pressure chamber. In a method of manufacturing a pressure sensor,
Forming a frame-shaped protrusion on the front surface side of the substrate and a mask portion having an opening inside the frame-shaped protrusion, and injecting impurities from the surface side of the mask portion. A flexure detection element forming step of forming a flexure detection element at a position corresponding to the opening, and a mask section removing step of removing the mask section after the flexure detection element formation step. Production method.

The method for manufacturing a pressure sensor according to claim 1, wherein a closing plate joining step of joining a closing plate on the frame-shaped protrusion is performed after the mask portion removing step.

3. The pressure receiving groove processing step of forming a thin portion on the front surface side of the substrate by forming a pressure receiving groove on the back surface side of the substrate after the mask portion removing step. Manufacturing method of pressure sensor.