DE102021113242A1

DE102021113242A1 - Halbleiter-Drucksensor und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102021113242A1
Application number: DE102021113242.8A
Authority: DE
Inventors: Kimitoshi Sato
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-01-13
Also published as: JP2022014490A; JP7365974B2; US20220011186A1; CN113899488A

Abstract

Ein Halbleiter-Drucksensor gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auf: ein erstes Siliziumsubstrat (1); einen ersten Siliziumoxidfilm (2), der auf dem ersten Siliziumsubstrat (1) angeordnet ist und zusammen mit dem ersten Siliziumsubstrat (1) einen geschlossenen Raum (3) bildet; ein zweites Siliziumsubstrat (4), das auf dem ersten Siliziumoxidfilm (2) angeordnet ist; einen Messwiderstand (11), der auf einer Oberflächenschicht einer Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats (4), die einer Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) angeordnet ist, an einer Position angeordnet ist, die in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum (3) überlappt; eine erste Elektrode (7a), die mit einem Ende des Messwiderstands (11) elektrisch verbunden ist; und eine zweite Elektrode (7b), die mit dem anderen Ende des Messwiderstands (11) elektrisch verbunden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Halbleiter-Drucksensor vom Membran-Typ, der einen winzigen Druck misst, und ein Herstellungsverfahren für den Halbleiter-Drucksensor.
Beschreibung der Hintergrundtechnik
Herkömmlicherweise wurde eine Technik in Bezug auf einen Halbleiter-Drucksensor vom Membran-Typ offenbart (siehe zum Beispiel offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2015-145801 ).
Ein Halbleiter-Drucksensor, der einen winzigen Druck detektiert, erfordert eine Vergrößerung der Fläche einer Membran und eine Reduzierung der Dicke, um die Detektionsempfindlichkeit für eine Druckänderung zu erhöhen. Beispielsweise beträgt die Fläche der Membran 3 mm im Quadrat oder weniger und beträgt die Dicke 20 µm oder weniger.
In einem herkömmlichen Halbleiter-Drucksensor ist es schwierig, einen Film auf der rückseitigen Oberfläche der Membran zu bilden oder zu bearbeiten. Ferner ist es im herkömmlichen Halbleiter-Drucksensor schwierig, die Spannung der Membran zu steuern, da nur ein auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats angeordneter laminierter Film die Spannungseigenschaften der Membran beeinflusst. Daher verbirgt sich ein auf die Membran ausgeübter winziger Druck im Einfluss der Spannung (Verformung der Membran) aufgrund des laminierten Films und kann der winzige Druck nicht genau detektiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen Halbleiter-Drucksensor, der imstande ist, einen winzigen Druck genau zu detektieren, und ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Halbleiter-Drucksensor gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt, der aufweist: ein erstes Siliziumsubstrat; einen ersten Siliziumoxidfilm, der auf dem ersten Siliziumsubstrat angeordnet ist und zusammen mit dem ersten Siliziumsubstrat einen geschlossenen Raum bildet; ein zweites Siliziumsubstrat, das auf dem ersten Siliziumoxidfilm angeordnet ist; einen Messwiderstand, der auf einer Oberflächenschicht einer Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats, die einer Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm angeordnet ist, an einer Position angeordnet ist, die in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum überlappt; eine erste Elektrode, die mit einem Ende des Messwiderstands elektrisch verbunden ist; und eine zweite Elektrode, die mit dem anderen Ende des Messwiderstands elektrisch verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist der Halbleiter-Drucksensor auf: den ersten Siliziumoxidfilm, der auf dem ersten Siliziumsubstrat angeordnet ist und zusammen mit dem ersten Siliziumsubstrat den geschlossenen Raum bildet; das zweite Siliziumsubstrat, das auf dem ersten Siliziumoxidfilm angeordnet ist; den Messwiderstand, der auf der Oberflächenschicht der Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm angeordnet ist, an der Position angeordnet ist, die in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum überlappt; die erste Elektrode, die mit einem Ende des Messwiderstands elektrisch verbunden ist; und die zweite Elektrode, die mit dem anderen Ende des Messwiderstands elektrisch verbunden ist. Somit ist es möglich, einen winzigen Druck genau zu detektieren.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
2 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 1 genommene Querschnittsansicht;
3 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 1 genommene Querschnittsansicht;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Herstellungsprozesses des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
5 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zu erläutern;
6 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 5 genommene Querschnittsansicht;
7 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 5 genommene Querschnittsansicht;
8 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zu erläutern;
9 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 8 genommene Querschnittsansicht;
10 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zu erläutern;
11 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 10 genommene Querschnittsansicht;
12 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zu erläutern;
13 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 12 genommene Querschnittsansicht;
14 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 12 genommene Querschnittsansicht;
15 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 12 genommene Querschnittsansicht;
16 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 12 genommene Querschnittsansicht;
17 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zu erläutern;
18 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 17 genommene Querschnittsansicht;
19 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 17 genommene Querschnittsansicht;
20 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
21 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 20 genommene Querschnittsansicht;
22 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 20 genommene Querschnittsansicht;
23 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
24 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 23 genommene Querschnittsansicht;
25 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 23 genommene Querschnittsansicht;
26 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Konfiguration des Halbleiter-Drucksensors gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
27 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 26 genommene Querschnittsansicht;
28 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
29 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 28 genommene Querschnittsansicht;
30 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 28 genommene Querschnittsansicht; und
31 bis 35 sind jeweils Querschnittsansichten, um einen Herstellungsprozess des Halbleiter-Drucksensors gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform zu erläutern.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Erste bevorzugte Ausführungsform>
<Konfiguration>
1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt. 2 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 1 genommene Querschnittsansicht. 3 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 1 genommene Querschnittsansicht. Im Folgenden wird hier die Konfiguration des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform mit Verweis auf 1 bis 3 beschrieben.
Ein erstes Siliziumsubstrat 1 kann entweder ein erster Leitfähigkeitstyp (n-Typ) oder ein zweiter Leitfähigkeitstyp (p-Typ) sein. Da das erste Siliziumsubstrat 1 als Basis eines Silizium-auf-Isolator- (SOI-) Substrats dient, beträgt ferner die Dicke etwa 200 bis 900 µm.
Ein erster Siliziumoxidfilm 2 ist auf dem ersten Siliziumsubstrat 1 angeordnet und weist einen dicken Filmteilbereich 2a, der ein äußerer Randteilbereich ist, und einen ersten dünnen Filmteilbereich 2b auf, der ein innerer Teilbereich ist. Eine Oberfläche des dicken Filmteilbereichs 2a ist in Kontakt mit dem ersten Siliziumsubstrat 1, und die andere Oberfläche ist mit einem zweiten Siliziumsubstrat 4 in Kontakt. Eine Oberfläche des ersten dünnen Filmteilbereichs 2b liegt dem ersten Siliziumsubstrat 1 über einen geschlossenen Raum 3 gegenüber, und die andere Oberfläche ist mit dem zweiten Siliziumsubstrat 4 in Kontakt. Wie oben beschrieben wurde, bildet der erste Siliziumoxidfilm 2 zusammen mit dem ersten Siliziumsubstrat 1 den geschlossenen Raum 3.
Das zweite Siliziumsubstrat 4 ist vom ersten Leitfähigkeitstyp (n-Typ) und ist auf dem ersten Siliziumoxidfilm 2 angeordnet. Eine Membran 10 entspricht einem Teilbereich des zweiten Siliziumsubstrats 4, der in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum 3 überlappt. Das heißt, in Draufsicht stimmen die Membran 10 und der geschlossene Raum 3 miteinander überein.
Unter der Annahme, dass der von außen auf die Oberfläche der Membran 10 ausgeübte Druck P1 ist und der Druck im geschlossenen Raum 3 P2 ist, wird die Membran 10 durch den Druck (P2-P1) verformt. Da der von außen auf die Oberfläche der Membran 10 ausgeübte Druck P1 höher als der Druck P2 im geschlossenen Raum 3 ist, wird konkret die Membran 10 in Richtung des ersten Siliziumsubstrats 1 verformt. Der erste dünne Filmteilbereich 2b des ersten Siliziumoxidfilms 2 dient hier als ein eine Spannung einstellender Film für einen zweiten Siliziumoxidfilm 5 und einen Schutzfilm 6, die auf der Membran 10 vorhanden sind. Indem man die Filmdicke des ersten dünnen Filmteilbereichs 2b geeignet festlegt, ist es daher möglich, eine gewünschte Biegeform der Membran 10 zu erhalten.
Ferner kann der Bewegungsbereich der Membran 10 durch den Abstand zwischen dem ersten dünnen Filmteilbereich 2b und dem ersten Siliziumsubstrat 1 (Höhe des geschlossenen Raums 3) bestimmt werden. Wenn auf die Oberfläche der Membran 10 von außen ein übermäßiger Druck ausgeübt wird, kann daher, indem man die Dicke und die Form des ersten Siliziumoxidfilms 2 so ändert, dass auf die Membran 10 keine höhere Spannung als die Bruchspannung ausgeübt wird, der Abstand zwischen dem ersten dünnen Filmteilbereich 2b und dem ersten Siliziumsubstrat 1 nach Belieben festgelegt werden. In der ersten bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke des ersten Siliziumoxidfilms 2 etwa 0,5 bis 5 µm und beträgt die Dicke der Membran 10 auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 etwa 5 bis 30 µm.
Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d sind auf der Oberflächenschicht des zweiten Siliziumsubstrats 4 (Oberflächenschicht der Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats 4, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm 2 ausgebildet ist) an Positionen angeordnet, die in Draufsicht mit der Membran 10 überlappen. Konkret sind die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d wie in 1 dargestellt an den die Membran 10 definierenden jeweiligen vier Seiten angeordnet. Die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d sind vom zweiten Leitfähigkeitstyp (p-Typ) und werden mittels Ionenimplantation in die Oberflächenschicht des zweiten Siliziumsubstrats 4 ausgebildet.
Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d sind so vorgesehen, dass sie mit einem Ende oder dem anderen Ende der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d in Kontakt sind. Beispielsweise ist die Diffusionsverdrahtung 12a (erste Diffusionsverdrahtung) mit einem Ende des Messwiderstands 11a in Kontakt und ist die Diffusionsverdrahtung 12b (zweite Diffusionsverdrahtung) mit dem anderen Ende des Messwiderstands 11a in Kontakt. Ein Ende und das andere Ende, die hier beschrieben werden, können vertauscht werden. Wie in 1 dargestellt ist, sind die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d durch die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d so verbunden, dass sie eine Wheatstone-Brückenschaltung bilden.
Wenn die Membran 10 durch die Druckdifferenz (P1-P2) zwischen dem von außen auf die Oberfläche der Membran 10 ausgeübten Druck P1 und dem Druck P2 im geschlossenen Raum 3 verformt wird, wird die Spannung entsprechend dem Betrag einer Verformung der Membran 10 auf jeden der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d ausgeübt. Die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d haben die Eigenschaft, dass sich der Widerstandswert entsprechend der Größe der auf sie ausgeübten Spannung ändert. Indem man die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d so verbindet, dass sie eine Wheatstone-Brückenschaltung bilden, ist es daher möglich, die Änderung im Widerstandswert in jedem der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d als Ausgangsspannung zu detektieren. Die hier detektierte Ausgangsspannung wird von Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d, die in den Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c bzw. 12d angeordnet sind, nach außen abgegeben. Beispielsweise ist die Elektrode 7a (erste Elektrode) über die Diffusionsverdrahtung 12a mit einem Ende des Messwiderstands 11a elektrisch verbunden. Die Elektrode 7b (zweite Elektrode) ist ferner über die Diffusionsverdrahtung 12b mit dem anderen Ende des Messwiderstands 11a elektrisch verbunden.
Das zweite Siliziumsubstrat 4 kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp (p-Typ) sein, und die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d können vom ersten Leitfähigkeitstyp (n-Typ) sein. In diesem Fall ist es notwendig, die Anordnung der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d in Bezug auf die Membran 10 ändern.
Es ist notwendig, dass die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d einen niedrigen Widerstand darstellen, da die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d dazu bestimmt sind, die Änderung im Widerstandswert zu reduzieren, die in den Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d auftritt, wenn Druck auf die Membran 10 ausgeübt wird, und als Verdrahtungen zum Verbinden der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d genutzt zu werden, um so eine Wheatstone-Brückenschaltung zu bilden. In der ersten bevorzugten Ausführungsform weisen die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d eine Diffusionsoberflächendichte von etwa 1e19 bis 1e20 Ionen/cm² und eine Diffusionstiefe von etwa 2 bis 5 µm auf. Ferner weisen die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d eine Diffusionsoberflächenkonzentration von etwa 5e17 bis 5e18 Ionen/cm³ und eine Diffusionstiefe von etwa 0,5 bis 1,5 µm unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen dem Widerstandswert, dem Betrag einer Änderung im Widerstandswert in Bezug auf die Spannung und der Temperaturcharakteristiken auf.
<Detektionsverfahren für einen Druck unter Verwendung einer Membran 10>
Der von außen auf die Oberfläche der Membran 10 ausgeübte Druck ist P1, und der Druck im geschlossenen Raum 3 ist P2. Der geschlossene Raum 3 ist eine Vakuum- bzw. Unterdruckkammer, und der Druck P2 im geschlossenen Raum 3 wird als Referenzdruck genutzt. Infolgedessen hat der Halbleiter-Drucksensor gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Funktion zum Messen eines Absolutdrucks.
Wie oben beschrieben wurde, kann ein SOI-Substrat mit Hohlraum erhalten werden, indem das erste Siliziumsubstrat 1 und das zweite Siliziumsubstrat 4 über den ersten Siliziumoxidfilm 2 laminiert werden, der den dicken Filmteilbereich 2a und den ersten dünnen Filmteilbereich 2b aufweist. Deshalb ist es möglich, eine winzige Druckdifferenz (P1-P2) zu detektieren, während die Biegeform der Membran 10 so gesteuert wird, dass das erste Siliziumsubstrat 1 eine Stoppstruktur aufweist.
Die Detektionsempfindlichkeit für eine Druckänderung kann durch die Dicke der Membran 10 und die Fläche der Membran 10 in Draufsicht gesteuert werden. Die Dicke der Membran 10 ist durch die Dicke des zweiten Siliziumsubstrats 4 definiert. Die Fläche der Membran 10 ist durch die Fläche des geschlossenen Raums 3 in Draufsicht definiert. Ferner kann der Bewegungsbereich der Membran 10 durch die Höhe des geschlossenen Raums 3 gesteuert werden. Die Höhe des geschlossenen Raums 3 ist durch die Stufe zwischen dem dicken Filmteilbereich 2a und dem ersten dünnen Filmteilbereich 2b definiert.
Nach dem Obigen wird es, indem man das den geschlossenen Raum 3 bildende erste Siliziumsubstrat 1 (das erste Siliziumsubstrat 1, das dem unteren Teil des geschlossenen Raums 3 entspricht) als Stoppeinrichtung fungieren lässt, so dass keine höhere Spannung als die Bruchfspannung auf die Membran 10 ausgeübt wird, möglich, den Bewegungsbereich der Membran 10 zu begrenzen. Infolgedessen kann eine Beschädigung an der Membran 10 verhindert werden und kann ein Halbleiter-Drucksensor, der leicht zu handhaben ist, einfach erhalten werden.
Ferner ist als ein eine Spannung einstellender Film für den zweiten Siliziumoxidfilm 5 und den Schutzfilm 6, die auf die Membran 10 vorgesehen sind, der erste dünne Filmteilbereich 2b des ersten Siliziumoxidfilms 2 auf der rückseitigen Oberfläche der Membran 10 angeordnet. Infolgedessen kann die auf die Membran 10 ausgeübte Spannung ausgeglichen werden, kann eine gewünschte Biegeform der Membran 10 erhalten werden und kann eine Änderung in der Biegung der Membran 10, die einer winzigen Druckänderung folgt, erzeugt werden. Wenn aufgrund der winzigen Druckänderung die Spannung auf die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d angewendet wird, ändern sich außerdem deren Widerstandswerte. Da die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d durch die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d so verbunden sind, dass sie eine Wheatstone-Brückenschaltung bilden, ändert sich die Ausgangsspannung entsprechend der Änderung ihres eigenen Widerstandswerts. Indem man solch eine Änderung in der Ausgangsspannung von den Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d nach außen ausgibt, wird es möglich, eine winzige Änderung im Druck zu erkennen.
Wenn beispielsweise der Halbleiter-Drucksensor einen Druck von etwa 1 atm detektieren kann, beträgt die Fläche der Membran 10 400 µm im Quadrat, beträgt die Dicke 10 µm und beträgt die Höhe des geschlossenen Raums 3 etwa 1,5 µm. Damit kommt, wenn ein Druck von etwa 5 atm ausgeübt wird, die Membran 10 mit dem ersten Siliziumsubstrat 1 in Kontakt. Zu diesem Zeitpunkt fungiert das erste Siliziumsubstrat 1 als Stoppeinrichtung.
<Herstellungsverfahren>
Mit Verweis auf 4 bis 19 wird ein Herstellungsverfahren für den Halbleiter-Drucksensor gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Herstellungsprozesses des Halbleiter-Drucksensors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt.
In Schritt S1 wird, wie in 5 bis 7 dargestellt ist, der erste Siliziumoxidfilm 2 auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 gebildet. Die Dicke des ersten Siliziumoxidfilms 2 beträgt etwa 0,5 bis 5 µm. Der erste Siliziumoxidfilm 2 kann unter Verwendung einer allgemein bekannten Technik gebildet werden. Beispielsweise wird durch Erhitzen des zweiten Siliziumsubstrats 4 in einer Sauerstoffatmosphäre bei 700 bis 1100°C ein thermischer Siliziumoxidfilm (der dem ersten Siliziumoxidfilm 2 entspricht) gebildet, der erhalten wird, indem das zweite Siliziumsubstrat in einen Siliziumoxidfilm modifiziert wird. Als Nächstes wird, wie in 6 dargestellt ist, eine den geschlossenen Raum 3 bildende Öffnung ausgebildet, indem ein Fotogravurprozess und ein Ätzprozess durchgeführt werden.
Wie in 8 und 9 dargestellt ist, werden als Nächstes der erste Siliziumoxidfilm 2 und das zweite Siliziumsubstrat 4, die oben gebildet wurden, einer Oxidationsbehandlung unterzogen. Als Folge wird der erste Siliziumoxidfilm 2 gebildet, der den dicken Filmteilbereich 2a und den ersten dünnen Filmteilbereich 2b umfasst. Die Dicke des dicken Filmteilbereichs 2a beträgt etwa 0,01 bis 2 µm. Um den ersten dünnen Filmteilbereich 2b als einen Film zur Spannungssteuerung für die im nachfolgenden Prozess gebildete Membran 10 fungieren zu lassen, wird die Dicke des ersten dünnen Filmteilbereichs 2b des ersten Siliziumoxidfilms 2 entsprechend den Filmspannungscharakteristiken des zweiten Siliziumoxidfilms 5 und des Schutzfilms 6, die im nachfolgenden Prozess auf der Membran 10 gebildet werden, festgelegt.
Wie in 9 dargestellt ist, entspricht die Stufe zwischen dem dicken Filmteilbereich 2a und dem ersten dünnen Filmteilbereich 2b im ersten Siliziumoxidfilm 2 der Höhe des geschlossenen Raums 3. Das heißt, der Bewegungsbereich der Membran 10 kann durch die Stufe zwischen dem dicken Filmteilbereich 2a und dem dünnen Filmteilbereich 2b bestimmt sein.
In Schritt S2 werden, wie in 10 und 11 dargestellt ist, das erste Siliziumsubstrat 1 und das zweite Siliziumsubstrat 4 miteinander verbunden, indem sie über den ersten Siliziumoxidfilm 2 gebondet werden und eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Infolgedessen wird der geschlossene Raum 3 von dem dicken Filmteilbereich 2a und dem ersten dünnen Filmteilbereich 2b im ersten Siliziumoxidfilm 2 und dem ersten Siliziumsubstrat 1 gebildet. Durch Verbinden des ersten Siliziumsubstrats 1 und des zweiten Siliziumsubstrats 4 in einer Vakuum- bzw. Unterdruckatmosphäre wird ferner der geschlossene Raum 3 eine Vakuum- bzw. Unterdruckkammer. Der Druck P2 des auf diese Weise gebildeten geschlossenen Raums 3 dient als der Referenzdruck in Bezug auf den Druck P1, der auf die im nachfolgenden Prozess gebildete Membran 10 ausgeübt wird.
Im Obigen wurde der Fall beschrieben, in dem das erste Siliziumsubstrat 1 und das zweite Siliziumsubstrat 4 verbunden werden, nachdem der erste Siliziumoxidfilm 2 auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 ausgebildet ist; die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können das erste Siliziumsubstrat 1 und das zweite Siliziumsubstrat 4 verbunden werden, nachdem der dicke Filmteilbereich 2a auf dem ersten Siliziumsubstrat 1 ausgebildet ist und der erste dünne Filmteilbereich 2b auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 ausgebildet ist.
In Schritt S3 wird, wie in 12 bis 14 dargestellt ist, das zweite Siliziumsubstrat 4 auf eine gewünschte Dicke der Membran 10 poliert. Als Folge fungiert der Teilbereich des zweiten Siliziumsubstrats 4, der in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum 3 überlappt, als die Membran 10. Durch Einstellen der Dicke der Membran 10 kann die Druckdetektionsempfindlichkeit gesteuert werden.
In der obigen Beschreibung wurde, wie beispielsweise in 13 dargestellt ist, der Fall beschrieben, in dem der erste dünne Filmteilbereich 2b des ersten Siliziumoxidfilms 2 so ausgebildet ist, dass er die gesamte rückseitige Oberfläche der Membran 10 bedeckt; die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diesen beschränkt.
Wie in 15 dargestellt ist, kann beispielsweise der erste Siliziumoxidfilm 2 eine Öffnung in der Mitte des ersten dünnen Filmteilbereichs 2b aufweisen. Mit solch einer Konfiguration kann die auf die Membran 10 angewandte Spannung vom Rand zur Mitte der Membran 10 eingestellt werden.
Ferner kann, wie beispielsweise in 16 dargestellt ist, der erste Siliziumoxidfilm 2 eine Öffnung an einer in Draufsicht mit dem Rand der Membran 10 in Draufsicht überlappenden Position aufweisen und kann einen zweiten dünnen Filmteilbereich 2c, der dicker als der erste dünne Filmteilbereich 2b ist, in der Mitte des ersten dünnen Filmteilbereichs 2b aufweisen. Mit solch einer Konfiguration kann die Spannungssteuerung der Membran 10 von der Seite der rückseitigen Oberfläche der Membran 10 aus unter Berücksichtigung der Filmspannung auf der Seite der vorderen Oberfläche der Membran 10 so eingestellt werden, dass die Biegeform der Membran 10 weiter genau gesteuert werden kann.
In Schritt S4 werden, wie in 17 bis 19 dargestellt ist, die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d und die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 ausgebildet.
Konkret wird eine Störstelleninjektion durchgeführt, nachdem das zweite Siliziumsubstrat 4 einer Oxidationsbehandlung und einem Fotogravurprozess unterzogen ist. Danach werden die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d gebildet, indem eine Ausheilbehandlung und eine Oxidationsbehandlung durchgeführt werden. Die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d sind Verdrahtungen mit niedrigem Widerstand zum Verbinden der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d, die als Nächstes gebildet werden sollen, um so eine Wheatstone-Brücke zu bilden. In der ersten bevorzugten Ausführungsform beträgt die Konzentration zu injizierender Störstellen etwa 5e14 bis 5e15 Ionen/cm², beträgt die Ausheiltemperatur etwa 1000 bis 1100°C und wird die Oxidationsbehandlung bis etwa 100 bis 500 nm durchgeführt, so dass eine Diffusionsschicht mit einer Diffusionstiefe von etwa 2 bis 5 µm ausgebildet wird. Als Ergebnis werden Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d mit niedrigem Widerstand realisiert.
Als Nächstes wird eine Störstelleninjektion durchgeführt, nachdem eine Oxidationsbehandlung und ein Fotogravurprozess durchgeführt sind. Danach werden die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d gebildet, indem ein Ausheilen durchgeführt wird. Die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d sind durch die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d so verbunden, dass sie eine Wheatstone-Brückenschaltung bilden. In der ersten bevorzugten Ausführungsform beträgt die Konzentration von Störstellen, die injiziert werden sollen, wenn die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d gebildet werden, etwa 1e13 bis 1e14 Ionen/cm². Wenn die Konzentration an Störstellen abgesenkt wird, wird die Detektionsempfindlichkeit für die Druckänderung erhöht, werden aber die Temperaturcharakteristiken verschlechtert. Daher wird eine geeignete Konzentration an Störstellen unter Berücksichtigung der Kompromissbeziehung zwischen der Detektionsempfindlichkeit und der Temperaturspezifikation festgelegt.
In Schritt S5 werden, wie in 17 bis 19 dargestellt ist, der zweite Siliziumoxidfilm 5, die Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d und der Schutzfilm 6 auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 gebildet.
Nachdem all die Oxidfilme, die abgeschieden werden, wenn die Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d und die Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d gebildet werden, entfernt sind, wird konkret der zweite Siliziumoxidfilm 5 auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 gebildet. Hiermit wird der auf der Oberfläche der Membran 10 ausgebildete zweite Siliziumoxidfilm 5 flach und werden die Verformungscharakteristiken der Membran 10 in Bezug auf die Druckänderung verbessert. Ein Film aus Phosphorsilikatglas (PSG) oder ein Film aus Borphosphorsilikatglas (BPSG) kann als (nicht dargestellter) Passivierungsfilm auf dem zweiten Siliziumoxidfilm 5 abgeschieden werden.
Um ein elektrisches Signal von den Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d nach außen abzugeben, werden als Nächstes ein Fotogravurprozess und ein Ätzprozess durchgeführt, um (nicht dargestellte) Kontaktlöcher zu bilden. Danach wird ein Metallfilm wie etwa AISi, AICu, AI oder AlSiCu auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 abgeschieden und werden dann ein Fotogravurprozess und ein Ätzprozess durchgeführt, um die Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d in den Kontaktlöchern zu bilden.
Als Nächstes wird der Schutzfilm 6 gebildet. Beispielsweise wird ein Nitridfilm auf der gesamten Oberfläche mittels Plasma-CVD (chemische Gasphasenabscheidung) abgeschieden und werden dann ein Fotogravurprozess und ein Ätzprozess durchgeführt, um den Schutzfilm 6 auszubilden, der sich an nur gewünschten Positionen (Teilen der Oberfläche, die den Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d entsprechen) öffnet.
Der durch die obigen Herstellungsprozesse der Schritte S1 bis S5 fertiggestellte Halbleiter-Drucksensor ist ein Absolutdrucksensor, der den auf der Oberfläche der Membran 10 empfangenen Druck P1 mit dem Druck P2 des geschlossenen Raums 3, der eine Unterdruckkammer ist, als den Referenzdruck detektiert.
<Effekte>
Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ist auf der rückseitigen Oberfläche der Membran 10 der erste dünne Filmteilbereich 2b des ersten Siliziumoxidfilms 2 angeordnet, der als der Film zur Spannungssteuerung dient. Deshalb kann der erste dünne Filmteilbereich 2b die Spannung des zweiten Siliziumoxidfilms 5 oder des Schutzfilms 6, die auf der Oberfläche der Membran 10 angeordnet sind, ausgleichen und kann die auf die Membran 10 ausgeübte Spannung gesteuert werden, um eine gewünschte Biegeform der Membran 10 zu erhalten.
Im Allgemeinen wird, wenn ein Druck im Detektionsbereich des Halbleiter-Drucksensors auf die Membran 10 ausgeübt wird, die Membran 10 so gesteuert, dass sie sich in Richtung des geschlossenen Raums 3 biegt. Dies macht es möglich, eine winzige Druckänderung als Änderung im Betrag einer Biegung der Membran 10 genau zu detektieren. Die Änderung im Betrag einer Biegung der Membran 10 kann als Änderung in der Spannung, die auf die an den vier Seiten der Membran 10 angeordneten Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d ausgeübt wird, Änderung im Widerstandswert der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d oder Änderung in der Ausgangsspannung der Wheatstone-Brücke, die durch Verbinden der Messwiderstände 11a, 11b, 11c und 11d mittels der Diffusionsverdrahtungen 12a, 12b, 12c und 12d konfiguriert ist, detektiert werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform möglich, einen Halbleiter-Drucksensor, der imstande ist, einen winzigen Druck mit hoher Genauigkeit zu detektieren, mittels eines einfachen Herstellungsprozesses zu erhalten.
<Zweite bevorzugte Ausführungsform>
20 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt. 21 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 20 genommene Querschnittsansicht. 22 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 20 genommene Querschnittsansicht. Im Folgenden wird hier mit Verweis auf 20 bis 22 die Konfiguration des Halbleiter-Drucksensors gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13 (erste Vertiefung) in dem auf der Oberfläche der Membran 10 vorgesehenen Schutzfilm 6 angeordnet ist. Mit anderen Worten weist der Schutzfilm 6 die eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13 auf, die an einer in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum 3 überlappenden Position vorgesehen ist. Da die übrigen Konfigurationen die Gleichen wie jene in der ersten bevorzugten Ausführungsform sind, wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
Als Nächstes wird ein Ausbildungsverfahren für die eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13 beschrieben. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens für den Halbleiter-Drucksensor gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die Herstellungsprozesse mit Ausnahme des Prozesses zum Ausbilden der eine Schutzfilmspannung einstellenden Vertiefung 13 die Gleichen wie jene der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Nachdem in Schritt S5 von 4 der Schutzfilm 6 ausgebildet ist, wird ein Fotogravurprozess durchgeführt und wird der Schutzfilm unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Resistmaske geätzt. Als Folge wird die eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13 im Schutzfilm 6 ausgebildet. Da die eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13 in dem gleichen Prozess wie dem Prozess zum Öffnen von Teilen der Oberfläche, die den Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d entsprechen, gebildet werden kann, ist kein zusätzlicher Schritt erforderlich.
Nach dem Obigen kann gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform die auf die Membran 10 ausgeübte Spannung eingestellt werden, indem die eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13 im Schutzfilm 6 vorgesehen wird, so dass die Biegeform der Membran 10 genauer gesteuert werden kann. Außerdem kann solch ein Halbleiter-Drucksensor einfach erhalten werden.
<Dritte bevorzugte Ausführungsform>
23 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform darstellt. 24 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 23 genommene Querschnittsansicht. 25 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 23 genommene Querschnittsansicht. Im Folgenden wird hierin unter Bezugnahme auf 23 bis 25 die Konfiguration des Halbleiter-Drucksensors gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
Die dritte bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vertiefung 14 (zweite Vertiefung) im zweiten Siliziumsubstrat 4 entlang dem Rand der Membran 10 angeordnet ist. Mit anderen Worten weist das zweite Siliziumsubstrat 4 die Vertiefung 14 auf, die in einer Oberfläche, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm 2 ausgebildet ist, in Draufsicht entlang dem äußeren Rand des geschlossenen Raums 3 angeordnet ist. Da die übrigen Konfigurationen die Gleichen wie jene in der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind, wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
Die Vertiefung 14 hat eine Breite von etwa 3 bis 30 µm und eine Tiefe von etwa 0,3 bis 3 µm.
Als Nächstes wird ein Ausbildungsverfahren für die Vertiefung 14 beschrieben. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens für den Halbleiter-Drucksensor gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform sind die Herstellungsprozesse mit Ausnahme des Prozesses zum Ausbilden der Vertiefung 14 die Gleichen wie jene der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
Nachdem in Schritt S3 von 4 das zweite Siliziumsubstrat 4 poliert ist, wird ein Fotogravurprozess durchgeführt und wird das zweite Siliziumsubstrat 4 unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Resistmaske geätzt. Als Folge wird die Vertiefung 14 im zweiten Siliziumsubstrat 4 ausgebildet.
Als ein vom Obigen verschiedenes weiteres Ausbildungsverfahren kann die Vertiefung 14 gebildet werden, indem der Teilbereich, wo die Vertiefung 14 ausgebildet werden soll, mittels einer LOCOS- (lokale Oxidation von Silizium) Oxidation lokal oxidiert wird, um einen Oxidfilm auszubilden, und dann der Oxidfilm entfernt wird.
Nach dem Obigen können gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform, indem die Vertiefung 14 im zweiten Siliziumsubstrat 4 vorgesehen wird, die gleichen Effekte erhalten werden, als wenn die gesamte Membran 10 abgedünnt ist. Daher kann die Detektionsempfindlichkeit der Membran 10 für eine winzige Druckänderung erhöht werden. Die Fläche der Membran 10 kann ferner reduziert werden und die Größe des Halbleiter-Drucksensors kann reduziert werden, so dass die Kosten reduziert werden können.
Wie in 26 und 27 dargestellt ist, kann eine eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13b entlang dem Rand (Vertiefung 14) der Membran 10 vorgesehen werden. Eine eine Schutzfilmspannung einstellende Vertiefung 13a entspricht der eine Schutzfilmspannung einstellenden Vertiefung 13 von 23. Mit solch einer Konfiguration kann die Detektionsempfindlichkeit der Membran 10 für eine winzige Druckänderung erhöht werden. Außerdem kann die Fläche der Membran 10 reduziert werden.
Oben wurde der Fall beschrieben, in dem die Vertiefung 14 in der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Konfiguration angeordnet ist; die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese beschränkt. Beispielsweise kann die Vertiefung 14 in der in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Konfiguration vorgesehen werden.
<Vierte bevorzugte Ausführungsform>
28 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Konfiguration eines Halbleiter-Drucksensors gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform darstellt. 29 ist eine entlang der Linie A1-A2 von 28 genommene Querschnittsansicht. 30 ist eine entlang der Linie B1-B2 von 28 genommene Querschnittsansicht. Im Folgenden wird hier unter Bezugnahme auf 28 bis 30 die Konfiguration des Halbleiter-Drucksensors gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
Die vierte bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Membranrandspannung einstellende Vertiefung 15 (dritte Vertiefung) im zweiten Siliziumsubstrat 4 entlang dem Rand der rückseitigen Oberfläche der Membran 10 angeordnet ist. Ferner ist die vierte bevorzugte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass im zentralen Bereich auf der rückseitigen Oberfläche der Membran 10 eine Einsenkung (engl.: dimple) 16 angeordnet ist. Mit anderen Worten weist das zweite Siliziumsubstrat 4 die eine Membranrandspannung einstellende Vertiefung 15 auf, die in der Oberfläche, auf der der erste Siliziumoxidfilm 2 angeordnet ist, in Draufsicht auf dem Innenumfang des geschlossenen Raums 3 angeordnet ist. Ferner weist das zweite Siliziumsubstrat 4 die Einsenkung 16 auf, die in der Oberfläche, auf der der erste Siliziumoxidfilm 2 angeordnet ist, in Draufsicht in der Mitte des geschlossenen Raums 3 angeordnet ist. Da die übrigen Konfigurationen die Gleichen wie jene in der ersten bevorzugten Ausführungsform sind, wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 31 bis 35 ein Ausbildungsverfahren für die eine Membranrandspannung einstellende Vertiefung 15 und die Einsenkung 16 beschrieben. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens für den Halbleiter-Drucksensor gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform sind die Herstellungsprozesse mit Ausnahme des Prozesses zum Ausbilden der eine Membranrandspannung einstellenden Vertiefung 15 und der Einsenkung 16 die Gleichen wie jene der ersten bevorzugten Ausführungsform. Der in 31 bis 35 dargestellte Herstellungsprozess entspricht Schritt S1 von 4.
Wie in 31 dargestellt ist, werden zunächst ein Oxidfilm 17 und ein Nitridfilm 18 der Reihe nach auf dem zweiten Siliziumsubstrat 4 ausgebildet. Die Dicke sowohl des Oxidfilms 17 als auch des Nitridfilms 18 beträgt etwa 50 bis 100 nm. Danach wird ein Fotogravurprozess durchgeführt, und nur der Nitridfilm 18 wird unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Resistmaske einem Ätzprozess unterzogen. Die eine Membranrandspannung einstellende Vertiefung 15 und die Einsenkung 16 werden in durch den Ätzprozess gebildeten Öffnungen des Nitridfilms 18 im nachfolgenden Prozess ausgebildet.
Wie in 32 dargestellt ist, wird als Nächstes ein LOCOS-Oxidfilm 19 gebildet, indem eine Oxidationsbehandlung durchgeführt wird. Die Oxidfilmdicke beträgt etwa 500 bis 1600 nm. Als Folge werden die Öffnungen des Nitridfilms 18 lokal oxidiert, so dass die Oberflächenschicht des zweiten Siliziumsubstrats 4 ebenfalls oxidiert wird.
Wie in 33 dargestellt ist, werden als Nächstes der LOCOS-Oxidfilm 19, der Nitridfilm 18 und der Oxidfilm 17 entfernt, indem ein Ätzprozess mit Fluorwasserstoff (HF) und thermischer Phosphorsäure nacheinander bzw. sequentiell durchgeführt wird. Als Folge sind im zweiten Siliziumsubstrat 4 die eine Membranrandspannung einstellende Vertiefung 15 und die Einsenkung 16 ausgebildet.
Wie in 34 und 35 dargestellt ist, werden als Nächstes der dicke Filmteilbereich 2a und der erste dünne Filmteilbereich 2b des ersten Siliziumoxidfilms 2 gebildet.
Nach dem Obigen kann gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform die Festigkeit der Membran 10 erhöht werden, indem die eine Membranrandspannung einstellende Vertiefung 15 (dritte Vertiefung) im zweiten Siliziumsubstrat 4 entlang dem Rand der rückseitigen Oberfläche der Membran 10 angeordnet wird. Da der Randteilbereich der Membran 10 dünn wird, kann ferner die Detektionsempfindlichkeit der Membran 10 für eine winzigere Druckänderung erhöht werden. Ferner kann die Fläche der Membran 10 reduziert werden und kann die Größe des Halbleiter-Drucksensors reduziert werden, so dass die Kosten reduziert werden können.
Indem man die Einsenkung 16 im zentralen Bereich auf der rückseitigen Oberfläche der Membran 10 anordnet, kann ferner, wenn die Membran 10 aufgrund eines übermäßigen Drucks oder Stoßes, der auf die Membran 10 ausgeübt wird, mit dem ersten Siliziumsubstrat 1 in Kontakt kommt, die Kontaktfläche zwischen der Membran 10 und dem ersten Siliziumsubstrat 1 reduziert werden. Infolgedessen kann eine Anhaftung zwischen der Membran 10 und dem ersten Siliziumsubstrat 1 verhindert werden.
Da die obigen Effekte erhalten werden können, ohne die Effekte gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zu beeinträchtigen, ist es möglich, einen Halbleiter-Drucksensor einfach zu erhalten, der sehr zuverlässig ist und eine winzige Druckänderung mit hoher Genauigkeit detektieren kann.
Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung kann jede bevorzugte Ausführungsform frei kombiniert werden und kann jede bevorzugte Ausführungsform geeignet modifiziert oder weggelassen werden.
Obgleich die Offenbarung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015145801 [0002]

Claims

Halbleiter-Drucksensor, aufweisend: ein erstes Siliziumsubstrat (1); einen ersten Siliziumoxidfilm (2), der auf dem ersten Siliziumsubstrat (1) angeordnet ist und zusammen mit dem ersten Siliziumsubstrat (1) einen geschlossenen Raum (3) bildet; ein zweites Siliziumsubstrat (4), das auf dem ersten Siliziumoxidfilm (2) angeordnet ist; einen Messwiderstand (11), der auf einer Oberflächenschicht einer Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats (4), die einer Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) angeordnet ist, an einer Position angeordnet ist, die in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum (3) überlappt; eine erste Elektrode (7a), die mit einem Ende des Messwiderstands (11) elektrisch verbunden ist; und eine zweite Elektrode (7b), die mit einem anderen Ende des Messwiderstands (11) elektrisch verbunden ist.
Halbleiter-Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der erste Siliziumoxidfilm (2) aufweist: einen dicken Filmteilbereich (2a), der eine Oberfläche in Kontakt mit dem ersten Siliziumsubstrat (1) und eine andere Oberfläche in Kontakt mit dem zweiten Siliziumsubstrat (4) aufweist; und einen ersten dünnen Filmteilbereich (2b), der eine Oberfläche, die dem ersten Siliziumsubstrat (1) über den geschlossenen Raum (3) gegenüberliegt, und eine andere Oberfläche in Kontakt mit dem zweiten Siliziumsubstrat (4) aufweist.
Halbleiter-Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: einen zweiten Siliziumoxidfilm (5), der auf dem zweiten Siliziumsubstrat (4) angeordnet ist; und einen Schutzfilm (6), der auf dem zweiten Siliziumoxidfilm (5) angeordnet ist, wobei der Schutzfilm (6) eine erste Vertiefung (13) aufweist, die an einer in Draufsicht mit dem geschlossenen Raum (3) überlappenden Position angeordnet ist.
Halbleiter-Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Siliziumsubstrat (4) eine zweite Vertiefung (14) aufweist, die in einer Oberfläche, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) angeordnet ist, in Draufsicht entlang einem äußeren Rand des geschlossenen Raums (3) angeordnet ist.
Halbleiter-Drucksensor nach Anspruch 2, wobei der erste Siliziumoxidfilm (2) eine in einer Mitte des ersten dünnen Filmteilbereichs (2b) angeordnete Öffnung aufweist.
Halbleiter-Drucksensor nach Anspruch 2, wobei der erste Siliziumoxidfilm (2) einen zweiten dünnen Filmteilbereich (2c), der dicker als der erste dünne Filmteilbereich (2b) ist, in einer Mitte des ersten dünnen Filmteilbereichs (2b) aufweist.
Halbleiter-Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das zweite Siliziumsubstrat (4) eine dritte Vertiefung (15) aufweist, die in der Oberfläche, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) angeordnet ist, in Draufsicht auf einem Innenumfang des geschlossenen Raums (3) angeordnet ist.
Halbleiter-Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite Siliziumsubstrat (4) eine Einsenkung (16) aufweist, die in der Oberfläche, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) angeordnet ist, in Draufsicht in einer Mitte des geschlossenen Raums (3) angeordnet ist.
Herstellungsverfahren für einen Halbleiter-Drucksensor, aufweisend die Schritte: (a) Präparieren eines ersten Siliziumsubstrats (1); (b) Präparieren eines zweiten Siliziumsubstrats (4); (c) Ausbilden eines ersten Siliziumoxidfilms (2) auf dem zweiten Siliziumsubstrat (4), so dass ein äußerer Randteilbereich dicker als ein innerer Teilbereich ist; (d) Bonden des ersten Siliziumsubstrats (1) und des zweiten Siliziumsubstrats (4), so dass sie den ersten Siliziumoxidfilm (2) sandwichartig umgeben; (e) Ausbilden eines Messwiderstands (11), indem Störstellen in eine Oberflächenschicht einer Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats (4), die einer Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) ausgebildet ist, an einer Position injiziert werden, die in Draufsicht mit dem inneren Teilbereich überlappt; (f) Ausbilden einer ersten Diffusionsverdrahtung (12a), um so mit einem Ende des Messwiderstands (11) in Kontakt zu kommen, indem Störstellen in die Oberflächenschicht der Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats (4) injiziert werden, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) ausgebildet ist; (g) Ausbilden einer zweiten Diffusionsverdrahtung (12b), um so mit einem anderen Ende des Messwiderstands (11) in Kontakt zu kommen, indem Störstellen in die Oberflächenschicht der Oberfläche des zweiten Siliziumsubstrats (4) injiziert werden, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der der erste Siliziumoxidfilm (2) ausgebildet ist; (h) Ausbilden einer ersten Elektrode (7a) auf der ersten Diffusionsverdrahtung (12a); und (i) Ausbilden einer zweiten Elektrode (7b) auf der zweiten Diffusionsverdrahtung (12b).