DE19826317B4

DE19826317B4 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, Halbleiterdrucksensor und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE19826317B4
Application number: DE19826317A
Authority: DE
Inventors: Minekazu Kariya Sakai; Toshimasa Kariya Yamamoto; Yasutoshi Kariya Suzuki; Kenichi Kariya Yokoyama; Masakazu Kariya Terada; Eishi Kariya Kawasaki; Inao Kariya Toyoda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: US6388279B1; DE19826317A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats durch Aufeinanderschichten von ersten und zweiten Substraten (13, 15; 28, 30), in welchen eine Druckreferenzkammer (16; 31) vorgesehen ist, um darin einen verringerten Druck aufzuweisen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Ausbilden einer Austiefung (13b; 28a) in dem ersten Substrat (13; 28);
derartiges Ausbilden eines Verbindungslochs (13a) in mindestens einem der ersten und zweiten Substrate (13, 15), dass, wenn die ersten und zweiten Substrate (13, 15) aufeinandergeschichtet worden sind, die Austiefung (13b) für die Druckreferenzkammer (16) mit dem Äußeren verbunden ist;
derartiges Schichten des ersten Substrats (13; 28) auf das zweite Substrat (15; 30) in einer Atmosphäre bei Atmosphärendruck, dass eine Fläche des ersten Substrats (13; 28), an welcher die Austiefung (13b; 28a) ausgebildet worden ist, mit dem zweiten Substrat (15; 30) bedeckt ist, wobei das Ausbilden eines Verbindungslochs (13a) vor dem Schichten ausgeführt wird;
Evakuieren eines Inneren der Austiefung...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines in sich eine Druckreferenzkammer aufweisenden Halbleitersubstrats, das für einen Drucksensor oder dergleichen verwendet wird, und betrifft einen Halbleiterdrucksensor und sein Herstellungsverfahren.
Halbleiterdrucksensoren zum Erfassen des Drucks, der auf eine Membran wirkt, beinhalten derartige Halblitersubstrate, die eine Druckreferenzkammer aufweisen, die in ihnen vorgesehen ist. In diesem Fall wird, um die Erfassungsgenauigkeit des Sensors zu maximieren, die Gasmenge, die in dem Inneren der Druckreferenzkammer bleibt, so klein wie möglich gemacht, um Schwankungen des Referenzdrucks innerhalb der Druckreferenzkammer zu verringern, die sich aus Temperaturänderungen ergeben.
Als Halbleitersubstrate, die bei dem Herstellen dieser Art eines Halbleiterdrucksensors verwendet werden, sind Substrate verwendet worden, bei denen ein Teil, der einer Druckreferenzkammer entspricht, im voraus ausgebildet wird. Diese Art eines Halbleitersubstrats wird zum Beispiel durch derartiges Aufeinanderschichten von zwei Siliziumsubstraten hergestellt, daß in ihren eine Druckreferenzkammer ausgebildet wird, wie es in den 23A bis 23C gezeigt ist.
Das heißt, zuerst wird, wie es in 23A gezeigt ist, eine Austiefung 2, die als eine Druckreferenzkammer verwendet wird, durch ein Verfahren, wie zum Beispiel Ätzen, in einem ersten Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Ebenso wird ein Oxidfilm 4 auf der Oberfläche, eines zweiten Siliziumsubstrats 3 ausgebildet. Dann werden das erste Silizium substrat 1 und das zweite Siliziumsubstrat 3 derart aufeinandergeschichtet, daß die Austiefung 2 in dem ersten Siliziumsubstrat 1 von der Fläche des zweiten Siliziumsubstrats 3 bedeckt wird, auf welcher der Oxidfilm 4 ausgebildet ist. Dieses Schichten wird in Vakuum ausgeführt. Als Ergebnis ist in dem geschichteten Zustand die Austiefung 2 von dem zweiten Siliziumsubstrat 3 bedeckt und bildet eine Druckreferenzkammer 5 aus, die Vakuum enthält (siehe 23B).
Dann wird durch Polieren der freien Fläche des ersten Siliziumsubstrats 1 die Dicke des Bodenteils der Druckreferenzkammer 5 auf eine vorbestimmte Dicke gebracht, um einen Teil auszubilden, der eine Membran 6 wird. Danach wird eine Mehrzahl von Widerständen, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, in der Membran 6 ausgebildet und werden diese in der Form einer Brückenschaltung verbunden, um einen Halbleiterdrucksensor zu vervollständigen.
Wenn der Druck einer Umgebung, in welcher der Halbleiterdrucksensor angeordnet worden ist, auf die Membran 6 wirkt, wird die Membran 6 durch eine Kraft verschoben, die der Differenz zwischen diesem Druck und dem Druck innerhalb der Druckreferenzkammer 5 entspricht. Die Widerstandswerte der Widerstände werden durch einen Piezowiderstandseffekt entsprechend dieser Verschiebung der Membran 6 geändert. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Spannung, die dem Druck der Umgebung entspricht, an Ausgangsanschlüssen der Brückenschaltung ausgegeben und durch Erfassen dieser Ausgangsspannung ist es möglich, den Druck zu erfassen.
Jedoch erfaßt diese Art eines Halbleiterdrucksensors den Druck, der auf die Membran 6 wirkt, als eine Änderung der Widerstandswerte von Widerständen, die sich entsprechend der Verschiebung der Membran 6 ändern. Folglich ist die Dickenabmessung der Membran 6 ein Faktor, der die Genauigkeit der Druckerfassung bestimmt. Das heißt, wenn die Membran 6 dünn gemacht wird, kann die Erfassungsgenauigkeit entsprechend erhöht werden. Um die Fläche der Membran 6 ohne Verringern der Erfassungsgenauigkeit zu verringern, ist es notwendig, die Dicke der Membran 6 dünn zu machen.
Jedoch ist es bei der Art eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, das zuvor beschrieben worden ist, nachdem die Druckreferenzkammer 5 in ihrem Inneren in einen Zustand nahe Vakuum ausgebildet worden ist, notwendig, daß ein Schritt eines Polierens ausgeführt wird, um die Membran 6 auszubilden. Wenn das Polieren jedoch fortschreitet, um die Membran 6 dünn (zum Beispiel ungefähr 1 bis 10 μm) zu machen, wird die Membran 6 während eines Polierens aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Druckreferenzkammer 5 und dem Äußeren einer Belastung ausgesetzt und verformt sich, wie es in 23C gezeigt ist.
Wenn Verformungen der Membran 6 während eines Polierens so groß werden, daß sie nicht vernachlässigt werden können, wird die Dicke der Membran 6 uneben, und die Genauigkeit der Verschiebung der Membran 6, die dem erfaßten Druck entspricht, fällt ab. In einigen Fällen kann der Mittelteil der Membran 6 mit der gegenüberliegenden Wand der Druckreferenzkammer 5 in Kontakt kommen, so daß eine weitere Verschiebung der Membran 6 verhindert wird.
Aus der den nächstkommenden Stand der Technik bildenden DE 42 23 455 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats bekannt, bei dem erste und zweite Substrate, innerhalb welchen eine einen verringerten Druck aufweisende Druckreferenzkammer vorgesehen wird, verbunden werden und danach ein Verbindungsloch ausgebildet wird.
Bezüglich weiterer Informationen zum Stand der Technik wird auf die DE 37 43 080 C2 , die JP 01239881 A , die EP 0 822 398 A1 , Parameswaran et al.: "SILICON PRESSURE SENSORS USING A WAFER-BONDED SEALED CAVITY PROCESS" in Transducers '95, Eurosensors IX., The 8th International Conference of Solid-State Sensors and Actuators und Eurosensors IX:, Stockholm, Schweden, 25. bis 29. Juni 1995, Seiten 582 bis 585 und die JP 08236788 A verwiesen.
Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats zu schaffen, welches, wenn eine Membran, die die Rückwand einer Druckreferenzkammer bildet, zu einer niedrigen Dicke verarbeitet wird, die Membran aufgrund einer Belastung, die verursacht, daß sich die Membran verformt, welche auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Druckreferenzkammer erzeugt wird, nicht nachteilig beeinträchtigt, und einen Halbleiterdrucksensor und sein Herstellungsverfahren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersubstrats mit den in den Ansprechen 1 und 19 angegebenen Maßnahmen, hinsichtlich des Halbleiterdrucksensors mit den in Anspruch 13 angegebenen Maßnahmen und hinsichtlich seines Herstellungsverfahrens mit den in Anspruch 18 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht des gleichen Substrats eines Halbleiterdrucksensors;
3 ein Verfahrensflußdiagramm des Flusses eines Verfahrens zum Herstellen des Substrats eines Halbleiterdrucksensors;
4A bis 4E schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens;
5A bis 5C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in 4E folgenden verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens;
6A bis 6C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in 5C folgenden verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens;
7 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Draufsicht des gleichen Substrats eines Halbleiterdrucksensors;
9 ein Verfahrensflußdiagramm des Flusses eines Verfahrens zum Herstellen des Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10A bis 10D schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens in 9;
11A bis 11C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in 10D folgenden verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens;
12A bis 12C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in 11C folgenden verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens;
13 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14 eine Draufsicht des gleichen Substrats eines Halbleiterdrucksensors;
15A bis 15D schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten eines Herstellungsverfahrens;
16A bis 16C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in 15D folgenden verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens;
17 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
18A bis 18D schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten eines Herstellungsverfahrens;
19A bis 19H schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten eines Herstellungsverfahrens gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
20 eine Darstellung zum Erklären des Prinzips des elektrochemischen Stoppätzens;
21 einen Graph einer Änderung eines elektrischen Stroms während eines elektrochemischen Stoppätzens;
22A bis 22C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors bei einem Schritt eines Entfernens eines ersten Trägersubstrats gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
23A bis 23C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors bei einem Herstellungsverfahren im Stand der Technik.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 6C beschrieben.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht und 2 zeigt eine Draufsicht eines Substrats 12 eines Halbleiterdrucksensors, das unter Verwendung eines Halbleitersubstrats 11 ausgebildet ist, das durch Anwenden eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Ein Basis- bzw. Trägersiliziumsubstrat 15, das als ein zweites Substrat dient, ist auf die Bodenfläche eines monokristallinen Siliziumsubstrats (hier im weiteren Verlauf als "Monosiliziumsubstrat" bezeichnet) 13, das als ein erstes Substrat dient, mit einem sich dazwischen befindenden Oxidfilm 14 geschichtet. Eine Druckreferenzkammer 16 ist von dem Äußeren isoliert in einem Mittelteil der Bodenfläche des Monosiliziumsubstrats 13 ausgebildet, wobei aus ihrem Inneren Gas derart entfernt worden ist, daß sie sich in einem Zustand nahe Vakuum befindet. Die Druckreferenzkammer 16 steht mit einem Verbindungsloch 17 in Verbindung, das derart ausgebildet ist, daß es sich entlang der Fläche des Monosiliziumsubstrats 13 ausdehnt. Dieses Verbindungsloch 17 ist durch einen Oxidfilm 19 abgedichtet, der sich teilweise entlang von ihm an einem Abdichtloch 18 befindet, das von einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet ist.
Eine Membran 20, die auf eine vorbestimmte Dicke poliert ist, bildet die obere Wand der Druckreferenzkammer 16 aus. Diese Membran 20 ist derart auf eine Dicke eingestellt, daß sie sich entsprechend einem Außendruck verschiebt. Vier Widerstände 21, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, sind durch ein Verfahren, wie zum Beispiel Diffusion, in der Membran 20 in dem Monosiliziumsubstrat 13 ausgebildet. Bereiche 22 einer hohen Störstel lenkonzentration zum Vorsehen eines ohmschen Kontakts mit den Widerständen 21 sind ebenso ausgebildet. Ausgenommen von Kontaktbereichen der Oberflächen dieser Bereiche 22 einer hohen Störstellenkonzentration ist ein Oxidfilm 23 als ein Isolationsfilm über der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 ausgebildet.
Aluminiumelektrodenmuster 24 sind derart auf dem Oxidfilm 23 ausgebildet, daß sie die Widerstände 21 in der Form einer Brücke verbinden, und Verbindungsanschlußflächen 24a sind an den Enden dieser Elektrodenmuster 24 ausgebildet. Auf der gesamten Oberfläche, ausgenommen der Verbindungsanschlußflächen 24a, ist der gleiche Oxidfilm 19 wie der, der das zuvor erwähnte Abdichten bewirkt, als ein Schutzfilm angeordnet. Dieses Substrat 12 eines Halbleiterdrucksensors ist durch Verbindungsdrähte (nicht gezeigt) an den Verbindungsanschlußflächen 24a mit einer äußeren Schaltung verbunden. Dadurch wird eine Spannung von außen auf die Brückenschaltung eingeprägt, und ein Erfassungsausgangssignal wird nach außen abgegeben.
Wenn dieses Substrat 12 eines Halbleiterdrucksensors für eine Druckmessung einer Umgebung ausgesetzt wird, verschiebt sich die Membran 20 entsprechend einer Belastung, die in ihr aufgrund der Differenz zwischen dem Druck, der von außen auf sie wirkt, und dem Druck innerhalb der Druckreferenzkammer 16 entsteht. Folglich werden die Widerstandswerte der Widerstände 21 durch einen Piezowiderstandseffekt geändert. Diese Änderung der Widerstandswerte wird als ein Spannungssignal ausgegeben, und ein Erfassungsausgangssignal, das dem Außendruck entspricht, wird dadurch erzielt.
In diesem Fall gibt es auch dann, da die Druckreferenzkammer 16 in einem Zustand nahe Vakuum vorgesehen worden ist, das heißt, sie enthält weitestgehend kein Gas, wenn ihre Temperatur schwankt, weitestgehend kein Schwanken des Drucks innerhalb der Druckreferenzkammer 16 entsprechend dieser Temperaturschwankung. Daher kann ein Druck richtig erfaßt werden, ohne daß eine Temperaturkompensationsschaltung oder dergleichen vorgesehen ist.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen dieses Substrats 12 eines Halbleiterdrucksensors unter Bezugnahme auf die 3 bis 6C beschrieben.
3 zeigt ein Verfahrensflußdiagramm, das das Herstellungsverfahren im Umriß darstellt, und die folgende Beschreibung steht auf der Grundlage dieses Diagramms.
Zuerst wird bei einem Schritt P1 eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxidfilm 25 durch ein Verfahren, wie zum Beispiel thermische Oxidation, auf der Oberfläche eines Monosiliziumsubstrats 13 ausgebildet, das ein erstes Substrat bildet (4A). In diesem Fall beträgt die Filmdicke des Oxidfilms 25 zum Beispiel ungefähr 0,1 bis 1,0 μm. Dieser Oxidfilm 25 kann ebenso durch CVD bzw. chemische Dampfabscheidung oder dergleichen anstelle einer thermischen Oxidation ausgebildet werden.
Dann wird bei einem Schritt P2 eines Ausbildens eines Verbindungslochs eine Öffnung 25a durch Photolithographie in dem Oxidfilm 25 auf dem Monosiliziumsubstrat 13 ausgebildet (4B) und wird ein Kanal 13a, um ein Verbindungsloch 17 auszubilden, durch Trockenätzen des freigelegten Teils des Monosiliziumsubstrats 13 unter Verwendung von Fluorionen oder dergleichen ausgebildet (4C). Der Kanal 13a wird mit einer derartigen Abmessung ausgebildet, daß zum Beispiel seine Öffnung 50 bis 1000 μm breit ist und seine Tiefe bis zu ungefähr 10 μm beträgt. Als das Ätzverfahren kann zum Beispiel ein Naßätzen unter Verwendung einer KOH (Kaliumhydroxid)-Flüssigkeit oder TMAH (wäßriges Tetraethylammonium) verwendet werden. Dann wird bei einem Schritt P3 eines Ausbildens einer Austiefung einer Druckre ferenzkammer eine Öffnung durch Photolithographie in dem Oxidfilm 25 ausgebildet und wird ein Teil des freigelegten Monosiliziumsubstrats 13 entfernt, um eine Austiefung 13b auszubilden, die als eine Druckreferenzkammer 16 verwendet wird (4D). Die Tiefe der Austiefung 13b wird größer als die Tiefe des Kanals 13a gemacht.
Danach wird bei einem Schritt P4 eines Entfernens eines Oxidfilms der Oxidfilm 25, der auf der Oberfläche des Monosiliziumsubstrats 13 ausgebildet ist, durch Ätzen entfernt. Der Grund, warum der Oxidfilm 25 wie hier entfernt wird, besteht darin, zu verhindern, daß bei einem folgenden Schritt P5 eines Schichtens Schichtungsdefekte auftreten, wenn es eine Wölbung in dem Monosiliziumsubstrat gibt.
Unterdessen wird bei einem Schritt P1a eines Ausbildens eines Oxidfilms getrennt ein Oxidfilm 14 auf der Oberfläche eines Basissiliziumsubstrats 15 ausgebildet, das als ein zweites Substrat dient (5A).
Als nächstes werden bei einem Schritt P5 eines Schichtens, nachdem eine Vorbehandlung auf dem Monosiliziumsubstrat 13 und dem Basissiliziumsubstrat 15 ausgeführt worden ist, die Fläche des Monosiliziumsubstrats 13, in welcher die Austiefung 13b einer Druckreferenzkammer ausgebildet ist, und die Fläche des Basissiliziumsubstrats 15, auf welcher der Oxidfilm 14 ausgebildet ist, bei Atmosphärendruck mit gutem Kontakt aufeinandergeschichtet (5B) und wird dann eine Wärmebehandlung ausgeführt. Die Wärmebehandlungstemperatur liegt in dem Bereich von 800°C bis 1150°C und die Wärmebehandlungsdauer beträgt von einem Minimum von einer halben Stunde in dem Fall einer hohen Temperatur bis zu einem Maximum von drei Stunden in einem Fall einer niedrigen Temperatur. Dadurch wird eine Druckreferenzkammer 16 innerhalb des geschichteten Substrats ausgebildet. In diesem Zustand befindet sich das Innere der Druckreferenzkammer 16 immer noch bei Atmosphärendruck, da die Druckreferenzkammer 16 mit dem Äußeren verbunden ist.
Dann wird bei einem Schritt P6 eines Polierens die obere Fläche des Monosiliziumsubstrats 13 poliert und wird dadurch der Teil von ihm, der sich über der Austiefung 13b einer Druckreferenzkammer befindet, als eine Membran 20 ausgebildet (5C). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dickenabmessung, auf welche die Membran 20 durch das Polieren eingestellt wird, zum Beispiel 1 bis 10 μm. Vorzugsweise wird die Dicke der Membran 20 auf 5 μm oder weniger eingestellt. Da die Druckreferenzkammer 16 auch dann bei Atmosphärendruck gehalten wird, wenn die Dicke des Monosiliziumsubstrats 13, das der Membran 12 entspricht, als Ergebnis eines Polierens niedrig wird, verzerrt sich die Membran 20 nicht unter einem Differentialdruck und kann folglich auf eine gleichmäßige Dicke poliert werden.
Dann wird ein Schritt P7 zum Ausbilden von Vorrichtungen ausgeführt, die zulassen, daß das Substrat, das wie zuvor beschrieben ausgebildet ist, als ein Substrat 12 eines Halbleiterdrucksensors dient. Genauer gesagt werden Widerstände 21, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, durch Einbringen von Störstellen unter Verwendung einer bekannten Technologie, wie zum Beispiel des Diffusionsverfahrens, in der Membran 20 ausgebildet und werden danach Bereiche 22 einer hohen Störstellenkonzentration in ohmschen Kontakt mit den Widerständen 21 ausgebildet (6A). Ebenso wird ein Oxidfilm 23 ausgebildet und werden Aluminiumelektrodenmuster 24, die mit den Bereichen 22 einer hohen Störstellenkonzentration in Verbindung stehen, auf diesem Oxidfilm 23 ausgebildet.
Dann wird bei einem Schritt P8 ein Abdichtloch 18 auf der oberen Fläche des Monosiliziumsubstrats 13 ausgebildet. Das heißt, eine Photolithographie wird auf der oberen Fläche des Monosiliziumsubstrats 13 ausgeführt, um die Siliziumfläche eines Teils freizulegen, an dem das Abdichtloch 18 auszubilden ist, und dann wird ein Ätzen ausgeführt, um sich abwärts zu dem Verbindungsloch 17 zu graben und dadurch ein Abdichtloch 18 auszubilden (6B).
Danach wird bei einem Schritt P9 eines Abdichtens, der einen Schritt eines Evakuierens bildet, ein Oxidfilm 19 über der gesamten oberen Oberfläche des Monosiliziumsubstrats 13 in Vakuum ausgebildet (6C). Als Ergebnis davon wird ebenso ein Oxidfilm 19 in dem Abdichtloch 18 ausgebildet und dichtet das Verbindungsloch 17 ab. Als Ergebnis befindet sich das Innere der Druckreferenzkammer 16 in einem Zustand nahe Vakuum. Der Druck innerhalb der Druckreferenzkammer 16 wird vorzugsweise zu unter zum Beispiel ungefähr 100 Pa (Pascal) als der Pegel des Vakuumzustands gemacht und wenn dieser auf einen noch niedrigeren Druck eingestellt wird, wird dies zu einer noch größeren Erfassungsgenauigkeit führen. Ein Siliziumnitridfilm oder dergleichen kann anstelle des Oxidfilms 19 ausgebildet werden.
Schließlich werden bei einem Schritt P10 eines Freilegens einer Elektrodenanschlußfläche Öffnungen in dem Oxidfilm 19 auf einer Verbindungsanschlußfläche 24a der Elektrodenmuster 24 durch Photolithographie ausgebildet und wird ein Substrat 12 eines Halbleiterdrucksensors des Aufbaus erzielt, der in den 1 und 2 gezeigt ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, da der Schritt P9 eines Abdichtens, bei dem die Druckreferenzkammer 16 evakuiert wird, ausgeführt wird, nachdem die Membran 20 ausgebildet worden ist (nach dem Schritt P6 eines Polierens), eine Verzerrung der Membran 20 während eines Polierens aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Druckreferenzkammer 16 verhindert werden. Deshalb ist es möglich, die Dicke der Membran 20 gleichmäßig und mit einer hohen Genauigkeit aus zubilden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, da, wie es zuvor beschrieben worden ist, die Dicke der Membran 20 dünn gemacht werden kann, die Fläche der Membran 20 klein gemacht werden, ohne daß die Erfassungsgenauigkeit abfällt, und kann die Vorrichtung dadurch kompakt gemacht werden.
Ebenso kann bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da das Verbindungsloch 17 im voraus vorgesehen wird und der Druck innerhalb der Druckreferenzkammer 16 bei einem Schritt P9 eines Abdichtens nach dem Schritt P7 eines Ausbildens von Vorrichtungen dadurch auf Vakuum verringert wird, daß das Verbindungsloch 18 in Vakuum abgedichtet wird, das Innere der Druckreferenzkammer 16 sicher evakuiert werden und kann ein Einstellen des Vakuumgrads zuverlässig ausgeführt werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die 7 bis 12C zeigen das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und unterschiedliche Punkte zwischen diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben. 7 zeigt eine Schnittansicht und 8 zeigt eine Draufsicht eines Substrats 27 eines Halbleiterdrucksensors, das unter Verwendung eines Halbleitersubstrats 26 ausgebildet ist.
Ein Basissiliziumsubstrat 30, das als ein zweites Halbleitersubstrat dient, ist mit einem sich dazwischen befindenden Oxidfilm 29 auf die Bodenfläche eines Monosiliziumsubstrats 28 geschichtet, das als ein erstes Substrat dient. Eine Druckreferenzkammer 31 ist von dem Äußeren isoliert in einem Mittelteil der Bodenfläche des Monosilizium substrats 28 ausgebildet, wobei ihr Inneres derart entgast worden ist, daß es sich in einem Zustand nahe Vakuum befindet. Ein Oxidfilm 31a, der bei dem Verfahren dieses Entgasens ausgebildet wird, wie es später näher beschrieben wird, ist auf Innenwandflächen der Druckreferenzkammer 31 vorhanden.
Eine Membran 32 einer vorbestimmten Dicke bildet die obere Wand der Druckreferenzkammer 31 aus. Diese Membran 32 ist derart auf eine Dicke eingestellt, daß sie sich entsprechend einem Außendruck verschiebt. Vier Widerstände 33 und vier Bereiche 34 einer hohen Störstellenkonzentration sind in der Membran 32 ausgebildet. Ausgenommen von Kontaktbereichen dieser Bereiche 34 einer hohen Störstellenkonzentration ist ein Oxidfilm 35, der als ein Isolationsfilm dient, über der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats 26 ausgebildet. Aluminiumelektrodenmuster 36, die die vier Widerstände 33 in der Form einer Brücke verbinden, weisen Verbindungsanschlußflächen 36a auf, die an ihren Enden ausgebildet sind. Ein Schutzoxidfilm 37 ist ausgenommen der Verbindungsanschlußflächen 36a über der gesamten Oberfläche angeordnet.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen dieses Substrats 27 eines Halbleiterdrucksensors unter Bezugnahme auf die 9 bis 12C beschrieben. Zuerst wird bei einem Schritt T1 eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxidfilm 38 durch ein Verfahren, wie zum Beispiel thermische Oxidation, auf der Oberfläche eines Monosiliziumsubstrats 28, das ein erstes Substrat bildet, ausgebildet (siehe 10A). Dann wird bei einem Schritt T2 eines Ausbildens einer Austiefung einer Druckreferenzkammer eine Öffnung 38a in dem Oxidfilm 38 auf dem Monosiliziumsubstrat 28 ausgebildet (10B) und wird ein Teil des freigelegten Monosiliziumsubstrats 28 durch Ätzen entfernt, um eine Austiefung 28a auszubilden, die als eine Druckreferenzkammer 31 verwendet wird (10C).
Danach wird bei einem Schritt T3 eines Entfernens eines Oxidfilms der Oxidfilm 38, der auf der Oberfläche des Monosiliziumsubstrats 28 ausgebildet ist, durch Ätzen entfernt (10D). Der Grund, warum der Oxidfilm 38 wie hier entfernt wird, besteht darin, zuzulassen, daß ein Entgasen des Inneren der Austiefung 28a, die als eine Druckreferenzkammer 31 verwendet wird, bei einem nachfolgenden Schritt T6 eines Evakuierens wirkungsvoll ausgeführt wird, und zu verhindern, daß Schichtungsdefekte aufgrund einer Wölbung des Monosiliziumsubstrats 28 auftreten.
Unterdessen wird bei einem Schritt T1a eines Ausbildens eines Oxidfilms getrennt ein Oxidfilm 29 auf der Oberfläche eines Basissiliziumsubstrats 30 ausgebildet, das ein zweites Substrat bildet (11A).
Als nächstes werden bei einem Schritt T4 eines Schichtens das Monosiliziumsubstrat 28 und das Basissiliziumsubstrat 30 jeweils vorbehandelt und werden dann bei Atmosphärendruck mit gutem Kontakt aufeinandergeschichtet (11B), worauf eine Wärmebehandlung ausgeführt wird. Die Wärmebehandlungstemperatur liegt in dem Bereich von 800°C bis 1150°C und die Wärmebehandlungsdauer beträgt von einem Minimum von einer halben Stunde bis zu einem Maximum von drei Stunden gemäß der Temperatur. Dadurch wird eine Druckreferenzkammer 31 innerhalb des geschichteten Substrats ausgebildet. In diesem Zustand befindet sich das Innere der Druckreferenzkammer 31 immer noch bei Atmosphärendruck.
Dann wird bei einem Schritt T5 eines Polierens in diesem Zustand die obere Fläche des Monosiliziumsubstrats 28 poliert und wird dadurch der Teil, der sich über der Austiefung 28a einer Druckreferenzkammer befindet, als eine Membran 32 ausgebildet (11C). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dickenabmessung, auf welche die Membran 32 durch das Polieren eingestellt wird, zum Beispiel ungefähr 1 bis 10 μm. Da die Druckreferenzkammer 31 auch dann bei Atmosphärendruck gehalten wird, wenn die Dicke des Teils, der der Membran 32 entspricht, als Ergebnis eines Polierens niedrig geworden ist, verzerrt sich die Membran 32 nicht unter einem Differentialdruck und kann folglich auf eine gleichmäßige Dicke poliert werden.
Als nächstes wird ein Schritt T6 eines Ausbildens eines Oxidfilms als ein Schritt eines Evakuierens ausgeführt. Bei diesem Schritt T6 eines Ausbildens eines Oxidfilms wird eine Wärmebehandlung zum Beispiel bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C und für eine Dauer von einer halben Stunde bis fünf Stunden ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt verbindet sich innerhalb der Druckreferenzkammer 31 verbleibender Sauerstoff mit Silizium der Wände der Druckreferenzkammer 31, um einen Oxidfilm 31a auszubilden, und wird dadurch aufgebraucht. Als Ergebnis fällt der Druck innerhalb der Druckreferenzkammer 31 auf nahe Vakuum (12A). Ebenso wird zu diesem Zeitpunkt ein Oxidfilm 39 auf ähnliche Weise auf der oberen Fläche des Monosiliziumsubstrats 28 ausgebildet.
Als nächstes wird bei einem Schritt T7 eines Entfernens eines Oberflächenoxidfilms der Oxidfilm 39, der in dem letzten Schritt ausgebildet worden ist, entfernt (12B) und wird dann bei einem Schritt T8 eines Ausbildens eines Oxidfilms ein neuer Oxidfilm 40 ausgebildet (12C) und wird dadurch ein Halbleitersubstrat 26 vervollständigt. Danach werden auf die gleiche Weise, wie die, die zuvor beschrieben worden ist, um zuzulassen, daß das Substrat als ein Substrat 27 eines Halbleiterdrucksensors dient, Widerstände 33, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, und Bereiche 34 einer hohen Störstellenkonzentration zum Vorsehen eines ohmschen Kontakts mit den Widerständen 33 in der Membran 32 ausgebildet und werden Aluminiumelektrodenmuster 36 ausgebildet und ist dadurch das Substrat 27 eines Halbleiterdrucksensors, das in den 7 und 8 gezeigt ist, vervollständigt.
Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, da das Innere der Druckreferenzkammer 31 dadurch evakuiert wird, daß eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, um einen Oxidfilm 31a auszubilden, und dadurch verbleibender Sauerstoff innerhalb der Druckreferenzkammer 31 aufgebraucht wird, der Schritt einfach und kann die Druckreferenzkammer 31 sicher evakuiert werden. Daher kann das Polieren bei dem Schritt eines Polierens derart ausgeführt werden, daß das Innere der Druckreferenzkammer 31 bei Atmosphärendruck gehalten wird, und kann die Membran 32 mit einer genauen Dicke ausgebildet werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die 13 bis 15D zeigen das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und unterschiedliche Punkte von den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bestehen darin, daß ein Druckerfassungssensorchip 41 aufgebaut wird, bei welchem zusätzlich zu Vorrichtungen zum Ausbilden eines Drucksensors ebenso eine integrierte Schaltung integriert ausgebildet ist, die als eine Signalverarbeitungsschaltung dient. Ebenso wird bei dem Herstellungsverfahren des Druckerfassungssensorchips 41 anders als bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Schritt eines Schichtens in Vakuum ausgeführt, worauf eine Membran durch einen Schritt eines Polierens ausgebildet wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird, um das Auftreten von Problemen zu unterdrücken, die bezüglich dem Stand der Technik beschrieben worden sind, eine Dickenabmessung der Membran, die auszubilden ist, derart eingestellt, daß sie einen Bedingungsausdruck erfüllt, wie er später beschrieben wird.
13 zeigt eine schematische Schnittansicht und 14 zeigt eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensorchips 41, welcher eine Halbleitervorrichtung ist.
Wie es in den 13 und 14 gezeigt ist, ist ein Oxidfilm 43 zur Isolation auf einem Basissiliziumsubstrat 42 eines p-Typs ausgebildet, das als ein Trägersubstrat dient. Vorrichtungsausbildungsbereiche 44 und 45, die Halbleiterschichten sind, sind derart auf dem Basissiliziumsubstrat 42 ausgebildet, daß sich der Oxidfilm 43 dazwischen befindet. Der Vorrichtungsausbildungsbereich 44 ist als ein Bereich vorgesehen, in dem eine Drucksensorvorrichtung 46 auszubilden ist. Der Vorrichtungsausbildungsbereich 45 ist als ein Bereich vorgesehen, in dem eine integrierte Schaltung 47 auszubilden ist. Eine elektrische Isolation zwischen den Vorrichtungsausbildungsbereichen 44 und 45 wird durch einen Siliziumoxidfilm 48 erzielt, der als ein Polierstopper dient. Das heißt, eine Grabentrennstruktur wird durch den Siliziumoxidfilm 48 ausgebildet.
Jeder der Vorrichtungsausbildungsbereiche 44 und 45 besteht aus einem Monosiliziumfilm, der unter Verwendung eines Schichtungsverfahrens ausgebildet ist, wie es später beschrieben wird. Störstellen eines n-Typs sind in jeden der Monosiliziumfilme eingebracht. Der Monosiliziumfilm weist eine verhältnismäßig große Dicke von zum Beispiel mehreren Mikrometern bis 20 μm auf.
In einem Teil des Vorrichtungsausbildungsbereichs 44, welcher den Oxidfilm 43 kontaktiert, ist eine Austiefung 49 einer vorbestimmten Form bis zu einer vorbestimmten Tiefe durch Ätzen ausgebildet. Die Öffnung der Austiefung 49 wird von dem Oxidfilm 43 bedeckt, wodurch eine Druckreferenzkammer 50 innerhalb des Vorrichtungsausbildungsbereichs 44 ausgebildet ist. Das Innere der Druckreferenzkammer 50 ist auf Vakuum oder einen vorbestimmten verringerten Druck ein gestellt und sieht auf eine Messung eines Drucks hin einen Referenzdruck vor, welcher nicht durch Temperaturänderungen beeinträchtigt wird.
Durch Ausbilden der Druckreferenzkammer 50 in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 44 dient ein Teil einer Schicht des n-Typs des Vorrichtungsausbildungsbereichs 44, der sich an der oberen Seite von ihm befindet, als eine Membran 51. In der Membran 51 sind vier Widerstandsbereiche 52 zur Druckerfassungsverwendung an einer Oberfläche von ihm an Positionen ausgebildet, die Seitenwänden der Druckreferenzkammer 50 entsprechen. Die Widerstandsbereiche 52 sind derart vorgesehen, daß, wenn die Membran 51 als Reaktion auf einen daran ausgeübten Druck verschoben wird, die Verschiebung der Membran 51 als Änderungen von Widerstandswerten aufgrund des Piezowiderstandseffekts erfaßt wird.
Ein Oxidfilm 53 ist auf der Oberfläche des Vorrichtungsausbildungsbereichs 44 ausgebildet. Öffnungen, die den Widerstandsbereichen 52 entsprechen, sind in dem Oxidf11m 53 ausgebildet und die Widerstandsbereiche 52 sind durch einen Aluminiumelektrodenfilm 54, der die Widerstandsbereiche 52 durch die Öffnungen kontaktiert, derart verbunden, daß sie eine Brückenschaltung ausbilden.
In dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 ist eine integrierte Schaltung 47 aus verschiedenen Arten von darin ausgebildeten Vorrichtungen aufgebaut. Zum Beispiel ist in 13 ein Bipolartransistor 55 ausgebildet. In diesem Bipolartransistor 55 sind ein Basisbereich 56 des p-Typs, ein Emitterbereich 57 des n-Typs und ein Kontaktbereich 58 des n-Typs in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 des n-Typs ausgebildet, der als ein Kollektorbereich dient. Öffnungen, die dem Basisbereich 56, dem Emitterbereich 57 und dem Kontaktbereich 58 entsprechen, sind in dem Oxidfilm 53 ausgebildet. Die Aluminiumelektrodenfilme 54 kontaktieren den Basisbereich 56, den Emitterbereich 57 bzw. den Kontaktbe reich 58 durch die Öffnungen. Jeder der Aluminiumelektrodenfilme 54 ist mit den anderen Schaltungsvorrichtungen verbunden. Es ist anzumerken, daß, obgleich es in der Darstellung nicht gezeigt ist, verschiedene Arten von Schaltungsvorrichtungen, wie zum Beispiel MOSFETs bzw. Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren, Dioden und Widerstände, in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 ausgebildet sind, wodurch die integrierte Schaltung 47 gebildet ist.
Der Umfang der integrierten Schaltung 47 ist, wie es zuvor beschrieben worden ist, durch den Siliziumoxidfilm 48 eingefaßt, der sowohl eine Grabentrennstruktur ausbildet als auch als ein Polierstopper dient, wodurch die integrierte Schaltung 47 von dem Drucksensor 46 abgesondert und isoliert ist. Weiterhin ist ein Schutzfilm 59 auf einer gesamten Oberfläche des Sensorchips 41 zur Druckerfassung, ausgenommen von Verbindungsanschlußflächen, ausgebildet, die in der Darstellung nicht gezeigt sind.
Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau ist die Dicke H (mm) der Membran 51 derart eingestellt, daß sie die Bedingungen erfüllt, die auf eine Weise ableitbar sind, wie sie nachstehend beschrieben wird.
Eine Formel, die in einem Fall eines Berechnens einer Biegungshöhe einer Platte, deren Umfang befestigt ist, die durch einen Druck verursacht wird, der daran ausgeübt wird, definiert ist, ist durch den folgenden Ausdruck (A) gezeigt: W = α × (P × L4)/(E × H3) (A)
Dabei ist W (mm) ein Maximalwert einer Biegungshöhe, ist H (mm) eine Dickenabmessung der Platte, ist P (N/mm² bzw. MPa) ein Druck, der an der Platte ausgeübt wird, ist E (N/mm² bzw. MPa) ein Elastizitätsmodul der Platte und ist α ein Koeffizient, der sich aus der Ebenenform der Platte ergibt.
Wenn die Formel (A) an dem Drucksensor 46 des vorliegenden Ausführungsbeispiels angewendet wird, ist, da die Ebenenform der Membran 51 ein Quadrat ist, deren Seitenlängenabmessung L (mm) ist, der Wert von α in der Formel (A) als 0,014 gegeben. Deshalb kann die vorhergehende Formel (A) wie folgt geschrieben werden: W = 0,014 × (P × L4)/(E × H3) (B)
Ein Druck P (N/mm² bzw. MPa), der von der Membran 51 aufgenommen wird, ist als ein Wert gegeben, der durch Subtrahieren eines Referenzdrucks Ps in der Druckreferenzkammer 50 (ein verringerter Druck oder Vakuum) von einem Druck Po erzielt wird, der auf eine Druckaufnahmefläche der Membran 51 wirkt. Wenn der Referenzdruck zum Beispiel Vakuum ist, das heißt, der Referenzdruck Ps beträgt 0 (N/mm² bzw. MPa), wird der Druck P gleich dem Druck Po. Deshalb beträgt unter der Annahme, daß der Druck P, der von der Membran 51 aufgenommen wird, in einem normalen Zustand Luftdruck ist, der Druck P 10,130 × 10^–2 N/mm² = 10,130 × 10^–2 MPa. Da die Membran 51 aus monokristallinem Silizium besteht, beträgt der Elastizitätsmodul E weiterhin 166713 N/mm² = 166713 MPa.
Wenn der Maximalwert der Biegungshöhe W kleiner als die Dickenabmessung H der Membran 51 ist, beeinträchtigt die Biegung der Membran nicht nachteilig die Messung eines Drucks, die von dem Drucksensor 46 ausgeführt wird. Das heißt, es ist für den Drucksensor 46 ausreichend, daß er die folgende Bedingungsgleichung (C) erfüllt: W = 0,014 × (P × L4)/(E × H3) < H (C)
Wenn die spezifischen Werte des Drucks P und des Elastizitätsmoduls E in die Bedingungsgleichung (C) eingesetzt werden, kann eine Bedingung bezüglich eines Verhältnisses der Seitenlängenabmessung L zu der Dickenabmessung H in der Membran 51 wie folgt erzielt werden: (L/H) < 104 (D)
Anders ausgedrückt, wenn die Dickenabmessung H der Membran gegenüber der Seitenlängenabmessung L von ihr eingestellt ist, um die Bedingungsgleichung (D) zu erfüllen, kann der Maximalwert der Biegungshöhe W unter die Dickenabmessung H beschränkt werden. In diesem Fall ist zum Beispiel, wenn die Dickenabmessung H der Membran 51 auf ungefähr 2 μm eingestellt ist, die Seitenlängenabmessung L auf einen Wert kleiner als 208 μm eingestellt.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren des Sensorchips 41 zur Druckerfassungsverwendung unter Bezugnahme auf Querschnittsansichten, die jeweilige Verfahrensschritte darstellen, in den 15A bis 15D und 16A bis 16C beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als ein Substrat für Halbleiterschichten ein Monosiliziumsubstrat 60 angewendet, in welches Störstellen des n-Typs eingebracht worden sind, wie es in 15A gezeigt ist. Zuerst werden bei einem Schritt zum Ausbilden eines Grabens Gräben 61 bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Oberflächenabschnitt des Monosiliziumsubstrats 60 ausgebildet, um darin Oxidfilme 48 auszubilden, welche vorgesehen sind, um den Vorrichtungsausbildungsbereich 44 von dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 zu isolieren. Der Siliziumoxidfilm 48 in dem Graben 61 dient nicht nur dazu, die Drucksensorvorrichtung 46 von der integrierten Schaltung 47 abzusondern und zu isolieren, sondern dient ebenso als ein Polierstopper bei einem Schritt eines Polierens, der ausgeführt wird, wenn die Membran 51 ausgebildet wird.
Genauer gesagt wird bei dem Schritt eines Ausbildens eines Grabens ein Oxidfilm, wie zum Beispiel ein durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung ausgebildeter Tetraethylorthosilikat-(PECVD-TEOS)-Film mit einer vorbestimmten Filmdicke abgeschieden. Der Oxidfilm dient als eine Maske zum Ätzen. Als nächstes werden Teile des Oxidfilms, die den Positionen entsprechen, an welchen die Gräben 61 auszubilden sind, durch ein Photolithographieverfahren entfernt. Danach wird ein anisotropes Ätzen durch ein Verfahren, wie zum Beispiel Trockenätzen, ausgeführt. Aufgrund dieses anisotropen Ätzens wird der Oxidfilm, der aus dem PECVD-TEOS-Film besteht, und Silizium weggeätzt, um die Gräben 61 auszubilden.
Als nächstes wird bei einem Schritt eines Ausbildens eines Oxidfilms der Siliziumoxidfilm 48 auf den inneren Oberflächen der Gräben 61 ausgebildet und wird ein Siliziumoxidfilm 62 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 ausgebildet. Im Detail werden die Siliziumoxidfilme 48 and 62 durch ein thermisches Oxidationsverfahren, wie zum Beispiel ein Niederdruck-Hochtemperatur-Oxid-(LP-HTO)-Verfahren ausgebildet, wodurch die Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 abgeflacht wird. Darauf folgend wird eine Öffnung in dem Oxidfilm 62 durch Entfernen des Oxidfilms 62 in einem Bereich, in dem die Druckreferenzkammer 50 auszubilden ist, ausgebildet. Ein Bereich 63 des p-Typs wird durch ein Einbringen von Störstellen des p-Typs bis zu einer vorbestimmten Tiefe in das Halbleitersubstrat 60 durch die Öffnung ausgebildet (15B).
Nachfolgend wird in einem Schritt eines Ausbildens einer Austiefung der Bereich 63 des p-Typs selektiv geätzt und dadurch entfernt (15C). Als ein Verfahren zum selektiven Ätzen lediglich des Bereichs 63 des p-Typs gibt es ein elektromechanisches Stoppätzen, bei welchem das Substrat in ein Ätzmittel eingetaucht wird, während der PN-Übergang darin in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird. Gemäß diesem Ätzverfahren fließt, wenn der ganze Bereich 63 des p-Typs weggeätzt ist, Strom aufgrund des Verschwindens des PN-Übergangs, wodurch ein Anodenoxidfilm auf der geätzten Oberfläche ausgebildet wird. Wenn sich die zu ätzende Siliziumschicht zu dem Anodenoxidfilm wandelt, wird, da die Siliziumschicht nicht freigelegt ist, das Ätzen gestoppt. Als Ergebnis ist es möglich, eine Austiefung 49 nach Entfernen des Bereichs 63 des p-Typs aufgrund des vorhergehenden Ätzverfahrens auszubilden.
Es ist anzumerken, daß die Austiefung 49 für die Druckreferenzkammer 50 durch Ätzen des Halbleitersubstrats bis zu einer vorbestimmten Tiefe unter Verwendung eines normalen Trockenätzens oder dergleichen, zusätzlich zu einer Verwendung des elektromechanischen Stoppätzens ausgebildet werden kann.
Auf einer Oberfläche eines Basissiliziumsubstrats 42, das aus monokristallinem Silizium besteht, welches als ein Trägersubstrat verwendet wird, wird bei einem Schritt eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxidfilm 43 einer vorbestimmten Dicke durch ein Verfahren, wie zum Beispiel thermische Oxidation, ausgebildet (15D). Dieser Oxidfilm 43 dient als ein Isolationsfilm an den Vorrichtungsausbildungsbereichen 44 und 45, wie es zuvor beschrieben worden ist.
Als nächstes werden bei einem Schritt eines Schichtens, nachdem eine vorbestimmte Vorbehandlung sowohl an dem Basissiliziumsubstrat 42 als auch an dem Halbleitersubstrat 60 ausgeführt worden ist, um ihre Oberflächen in einen Zustand zu wandeln, der für ein Schichten geeignet ist, die Fläche des Basissiliziumsubstrats 42, an welcher der Oxidfilm 43 ausgebildet worden ist, und die Fläche des Halbleitersubstrats 60, an welcher die Austiefung 49 ausgebildet worden ist, in einer Atmosphäre eines verringerten Drucks (Vakuum) aufeinandergeschichtet 16A). Danach wird eine Verbindungsstärke der geschichteten Flächen aufgrund einer Wärmebehandlung erhöht.
Bei einem Schritt eines Polierens wird ein Polieren von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 ausgeführt, wodurch die Schicht des n-Typs, die sich über der Druckreferenzkammer 50 befindet, als die Membran 51 ausgebildet wird (16B). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dickenabmessung der Membran 51, die durch das Polieren eingestellt wird, zum Beispiel von 1 μm bis 10 μm, die die zuvor erwähnten Bedingungen erfüllt. Daher kann auch dann, wenn die Dicke der Membran 51 aufgrund eines Polierens dünn gemacht wird, da ein Maximalwert W einer Biegungshöhe der Membran 51, die durch eine Druckdifferenz P verursacht wird, nicht größer als die Dickenabmessung H der Membran 51 ist, die Membran 51 auf eine nahezu gleichmäßige Dicke poliert werden.
Danach wird ein Schritt eines Ausbildens von Vorrichtungen ausgeführt, um Vorrichtungen auszubilden, die als der Drucksensorchip 41 betreibbar sind. Das heißt, Widerstände 52, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, werden in der Membran 51 durch Einbringen von Störstellen in sie mit einem bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Diffusion, ausgebildet. Ebenso werden der Basisbereich 56, der Emitterbereich 57 und der Kontaktbereich 58 zum Ausbilden des Bipolartransistors 55 als ein Teil der integrierten Schaltung 47 in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 ausgebildet (16C).
Schließlich werden bei einem Schritt eines Ausbildens einer Elektrodenanschlußflächenöffnung Öffnungen in einem Oxidfilm 53 durch ein Photolithographieverfahren ausgebildet. Die Öffnungen werden an Positionen ausgebildet, an denen Verbindungsanschlußflächen von Aluminiumelektroden 54 abzuscheiden sind. Als Ergebnis kann der Sensorchip 51 vervollständigt werden, wie er in den 13 und 14 gezeigt ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, da die Dickenabmessung H der Membran 51 auch in einem Fall, in dem die Druckreferenzkammer 50 durch Schichten des Basissiliziumsubstrats 42 und des Halbleitersubstrats 60 in einer Vakuumatmosphäre ausgebildet wird und ein Schritt eines Polierens an dem Halbleitersubstrat 60 ausgeführt wird, um die Membran 51 auszubilden, derart eingestellt wird, daß sie die Bedingungen erfüllt, die durch die Gleichung (D) gezeigt sind, die Biegungshöhe der Membran 51 im Verlauf eines Polierens unterdrückt werden. Deshalb kann das Herstellen einer ungleichmäßigen Dicke, die durch die Verformung der Membran 51 verursacht wird, verhindert werden.
Ebenso kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da die Drucksensorvorrichtung 46 und die integrierte Schaltung 47 integriert in dem Sensorchip 41 zur Druckerfassungsverwendung vorgesehen sind, das Signal, nachdem das Erfassungssignal der Drucksensorvorrichtung 46 einer vorbestimmten Signalverarbeitung unterzogen worden ist, als ein Ausgangssignal erzeugt werden.
Im allgemeinen ist eine bestimmte Tiefe eines Halbleiterbereichs notwendig, welche größer als die Dickenabmessung H der Membran 51 in einer normalen Drucksensorvorrichtung 46 ist, um die Vorrichtungen der integrierten Schaltung 47 auszubilden. In dein vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es, da die Druckreferenzkammer 50 durch Ausbilden der Austiefung 49 in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 44 vorgesehen ist, möglich, eine ausreichende Dicke eines Halbleiterbereichs in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 sicherzustellen, in welchem die integrierte Schaltung 47 ausgebildet ist. Deshalb kann eine Flexibilität eines Entwurfs, um die integrierte Schaltung 47 auszubilden, erhöht werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die 17 und 18A bis 18D zeigen das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Halbleiterdrucksensorchip 64 des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist darin, daß eine diskrete Vorrichtungsstruktur angewendet wird, das heißt, eine integrierte Schaltung 47 ist nicht ausgebildet, sondern lediglich eine Drucksensorvorrichtung 46 ist in dem Chip ausgebildet, und darin, daß eine Austiefung für eine Druckreferenzkammer nicht durch Ätzen von Silizium eines Halbleitersubstrats ausgebildet ist, zu dem Drucksensorchip des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unterschiedlich.
Bei dem Halbleiterdrucksensorchip 64 ist ein Oxidfilm 66, der eine vorbestimmte Filmdicke aufweist, zum Ausbilden einer Druckreferenzkammer auf einem Basissiliziumsubstrat 65 des p-Typs ausgebildet, das als ein Trägersubstrat dient. Das heißt, eine Druckreferenzkammer 67 ist durch Ausbilden einer Öffnung eines Quadrats in dem Oxidfilm 66 ausgebildet. Auf der Druckreferenzkammer 67 ist eine Membran 68 vorgesehen. Die Membran 68 besteht aus monokristallinem Silizium und weist eine vorbestimmte Dickenabmessung H auf. Ein Oxidfilm 69, der eine Grabenstruktur auf dem Basissiliziumsubstrat 65 aufbaut, ist derart ausgebildet, daß er die Membran 68 einfaßt.
In der Membran 68 sind vier Widerstandsbereiche 70 für eine Druckerfassungsverwendung an einer Oberfläche von ihr an Positionen ausgebildet, die Endabschnitten der Druckreferenzkammer 67 entsprechen. Die Widerstandsbereiche 70 sind derart vorgesehen, daß, wenn die Membran 68 als Reaktion auf einen Druck, der daran ausgeübt wird, verschoben wird, die Verschiebung der Membran 68 als Änderungen von Widerstandswerten aufgrund des Piezowiderstandseffekts er faßt wird. Ein Oxidfilm 71 ist auf der Oberfläche der Membran 68 ausgebildet. Öffnungen, die den Widerstandsbereichen 70 entsprechen, sind in dem Oxidfilm 71 ausgebildet, und die Widerstandsbereiche 70 sind durch einen Aluminiumelektrodenfilm 72, der die Widerstandsbereiche 52 durch die Öffnungen kontaktiert, derart verbunden, daß sie eine Brückenschaltung ausbilden. Weiterhin ist ein Schutzfilm 73 auf einer gesamten Oberfläche des Halbleiterdrucksensorchips 64, ausgenommen von Verbindungsanschlußflächen, die in der Darstellung nicht gezeigt sind, ausgebildet.
Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau ist die Dicke h (mm) der Membran 68 derart eingestellt, daß sie die gleichen Bedingungen wie in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfüllt. Das heißt, die Formel (B) kann auf der Grundlage der Form der Membran 68 aus der Formel (A) erzielt werden und der Maximalwert W einer Biegungshöhe der Membran 68 kann unter Verwendung der Formel (B) berechnet werden. Als Bedingung, daß der Biegungshöhenmaximalwert W kleiner als die Dickenabmessung h der Membran 68 ist, kann die Bedingungsgleichung (C) verwendet werden. Als Ergebnis werden die Bedingungen bezüglich der Dickenabmessung h der Membran 68 erzielt, wie sie in der Gleichung (D) gezeigt sind.
Wenn die Dickenabmessung h der Membran 68 gegenüber der Seitenlängenabmessung L von ihr eingestellt ist, um die Bedingungsgleichung (D) zu erfüllen, kann der Maximalwert der Biegungshöhe W unter die Dickenabmessung h beschränkt werden. In diesem Fall wird zum Beispiel, wenn die Dickenabmessung h der Membran 68 auf ungefähr 2 μm eingestellt ist, die Seitenlängenabmessung L auf einen Wert kleiner als 208 μm eingestellt.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren des Drucksensorchips 64 unter Bezugnahme auf die 18A bis 18D beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als ein Substrat für Halbleiterschichten ein Monosiliziumsubstrat 74 angewendet, in welches Störstellen des n-Typs eingebracht worden sind, wie es in 18A gezeigt ist. Zuerst werden bei einem Schritt eines Ausbildens eines Grabens Gräben 75 bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Oberflächenabschnitt des Monosiliziumsubstrats 74 ausgebildet, um Siliziumoxidfilme 69 darin auszubilden, welche entsprechend einem Bereich vorgesehen sind, in welchem die Membran 68 auszubilden ist. Der Siliziumoxidfilm 69 in dem Graben 75 dient als ein Polierstopper in einem Schritt eines Polierens, der ausgeführt wird, wenn die Membran 51 ausgebildet wird.
Als nächstes wird auf einer Oberfläche eines Basissiliziumsubstrats 65, das aus monokristallinem Silizium besteht, welches als ein Trägersubstrat verwendet wird, bei einem Schritt eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxidfilm 66 einer vorbestimmten Dicke durch ein Verfahren, wie zum Beispiel thermische Oxidation, ausgebildet (18B).
In diesem Oxidfilm 66 wird eine Öffnung 66a einer Quadratform an einer Position, die der Druckreferenzkammer 67 entspricht, durch ein Photolithographieverfahren ausgebildet.
Als nächstes werden bei einem Schritt eines Schichtens, nachdem eine vorbestimmte Vorbehandlung an sowohl dem Basissiliziumsubstrat 65 als auch dem Halbleitersubstrat 74 ausgeführt worden ist, um die Oberflächen von ihnen in einen Zustand zu wandeln, der für ein Schichten geeignet ist, die Fläche des Basissiliziumsubstrats 65, an welcher der Oxidfilm 66 ausgebildet worden ist, und die Fläche des Halbleitersubstrats 74, an welcher die Gräben 75 ausgebildet worden sind, in einer Vakuumatmosphäre aufeinandergeschichtet (18C). Danach wird eine Verbindungsstärke der geschichteten Flächen aufgrund einer Wärmebehandlung erhöht. Als Ergebnis wird ein Raum, der gleich der Dickenabmessung des Oxidfilms 66 ist, an der Öffnung 66a des Oxidfilms 66 ausgebildet und wird als die Druckreferenzkammer 67 verwendet.
Bei einem Schritt eines Polierens wird ein Polieren von der oberen Oberfläche des Monosiliziumsubstrats 74 ausgeführt, wodurch die Schicht des n-Typs, die sich über der Druckreferenzkammer 67 befindet, als die Membran 68 ausgebildet wird (18D). Zu diesen Zeitpunkt beträgt die Dickenabmessung der Membran 68, die durch ein Polieren eingestellt wird, zum Beispiel von 1 μm bis 10 μm, die die zuvor erwähnten Bedingungen erfüllt. Deshalb kann auch dann, wenn die Dicke der Membran 68 aufgrund eines Polierens dünn gemacht wird, da ein Maximalwert W einer Biegungshöhe der Membran 68, die durch eine Druckdifferenz P verursacht wird, nicht größer als die Dickenabmessung h der Membran 68 ist, die Membran 68 auf eine nahezu gleichmäßige Dicke poliert werden.
Danach wird ein Schritt eines Ausbildens von Vorrichtungen ausgeführt, um Vorrichtungen auszubilden, die als der Drucksensorchip 64 betreibbar sind. Das heißt, Widerstände 70, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, werden in der Membran 68 durch Einbringen von Störstellen in sie mit einem bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Diffusion, ausgebildet. Ebenso werden bei einem Schritt eines Ausbildens einer Elektrodenanschlußflächenöffnung Öffnungen in einem Oxidfilm 71 durch ein Photolithographieverfahren ausgebildet. Die Öffnungen werden an Positionen ausgebildet, an denen Verbindungsanschlußflächen von Aluminiumelektroden 72 abzuscheiden sind. Als Ergebnis kann der Sensorchip 64 vervollständigt werden, wie er in 17 gezeigt ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung kann, da die Dickenabmessung h der Membran 68 auch in einem Fall, in dem die Druckreferenzkammer 67 durch Schichten des Basissiliziumsubstrats 65 und des Halbleitersubstrats 74 in einer Vakuumatmosphäre ausgebildet ist, und ein Schritt eines Polierens an dem Halbleitersubstrat 74 ausgeführt wird, um die Membran 68 auszubilden, derart eingestellt wird, daß sie die Bedingungen erfüllt, die durch die Gleichung (D) gezeigt sind, die Biegungshöhe der Membran 68 im Verlauf eines Polierens unterdrückt werden. Deshalb kann die Membran 68 ohne irgendwelche Hindernisse bezüglich einer Vorrichtungsausbildung und Druckmessung verarbeitet werden.
Ebenso ist es in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da die Druckreferenzkammer 67 durch die Öffnung 66a ausgebildet wird, die in dem Oxidfilm 66 vorgesehen ist, nicht notwendig, eine Austiefung, die als eine Druckreferenzkammer verwendet wird, in einem getrennten Schritt auszubilden. Deshalb ist es möglich, das Herstellungsverfahren des Drucksensorchips 64 zu vereinfachen.
Der Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in den vorliegenden Ausführungsbeispielen dargestellt ist, die zuvor beschrieben worden sind, ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, und zum Beispiel sind die folgenden Änderungen und Erweiterungen möglich.
Der Biegungsgrad der Membran, von dem erwartet wird, daß er während des Schritts eines Polierens auftritt, hängt nicht nur von der Dickenabmessung der Membran ab, sondern hängt ebenso von ihrer Fläche ab. Zum Beispiel wird auch dann, wenn die Membran verhältnismäßig dick ist, wenn ihre Fläche groß ist, die Biegungshöhe groß, die durch die Druckdifferenz über der Membran verursacht wird. Deshalb können in der vorliegenden Erfindung ebenso, nicht nur in dem Fall der Dicke der Membranen 20 und 32, die in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er findung gezeigt sind, sondern ebenso, wenn die Membran dicker als diese Dicke gemacht würde, wenn die Fläche der Membran groß ist, die nützlichen Effekte der vorliegenden Erfindung einfach erzielt werden.
Obgleich die ersten und zweiten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, in denen ein Monosiliziumsubstrat 13, 28 als das erste Substrat verwendet wird, und Widerstände 21, 33, die einen Piezowiderstandseffekt verwenden, in der Membran 20, 32 ausgebildet sind, beschrieben worden sind, kann in Fällen, in denen ein Monosiliziumsubstrat nicht notwendig ist, ein Substrat auf der Grundlage von polykristallinem oder amorphem Silizium verwendet werden oder kann ein Substrat verwendet werden, das aus einem anderen Material als Silizium besteht.
Obgleich ein Basissiliziumsubstrat 15, 30 als das zweite Substrat verwendet worden ist, muß dieses kein Monosiliziumsubstrat sein und kann zum Beispiel ein Substrat, das aus einer Hartkeramik oder dergleichen besteht, welches mit dem ersten Substrat geschichtet werden kann, ebenso verwendet werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, um das Innere der Druckreferenzkammer 31 zu evakuieren, Sauerstoff innerhalb der Druckreferenzkammer 31 aufgebraucht worden und ist ein Oxidfilm 31a ausgebildet worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann zum Beispiel der Schritt eines Schichtens ausgeführt werden, wobei das Innere der Druckreferenzkammer mit Stickstoff gefüllt ist und die Kammer dann dadurch evakuiert wird, daß dieser Stickstoff aufgebraucht wird und ein Nitritfilm ausgebildet wird, oder kann das Gas innerhalb der Kammer durch ein anderes verfahren aufgebraucht werden, um die Kammer zu evakuieren.
In den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen der vor liegenden Erfindung ist die Form der Membran ein Quadrat gewesen, von dem eine Seite eine Länge L aufweist. Jedoch kann die Form der Membran ein Rechteck oder ein Kreis sein, wobei sie nicht auf ein Quadrat beschränkt ist, vorausgesetzt, daß das Herstellungsverfahren nicht erschwert wird und solange es keine Beschränkung bezüglich einer Signalverarbeitung an einem gemessenen Ergebnis oder bezüglich der Struktur der Membran gibt. Das heißt, da die Membran über der Druckreferenzkammer ausgebildet ist, weist die Form der Membran eine nahe Beziehung zu der Ebenenform der Druckreferenzkammer auf. Deshalb kann, wenn es kein Problem bei dem Verfahren zum Ausbilden der Druckreferenzkammer gibt, die Membran, die eine Form eines Rechtecks oder eines Kreises aufweist, angewendet werden. Wenn jedoch eine Austiefung zum Ausbilden der Druckreferenzkammer wie in dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht ausgebildet wird, ist es einfach, eine Membran auszubilden, die eine Form eines Rechtecks oder eines Kreises aufweist.
Wenn die Form der Membran kreisförmig gemacht wird, sind die Bedingungsgleichungen, die in den dritten und vierten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erklärt worden sind, wie folgt abgeändert.
Als erstes ist die Formel (A), wenn die Ebenenform der Membran ein Kreis ist, der einen Radius R aufweist, die gleiche, wie sie zuvor erklärt worden ist, ausgenommen für den Wert von α. W = α × (P × R4)/(E × H3) (A')
In diesem Fall kann, da der Wert von α als 0,171 gegeben ist, die Formel (B) wie folgt ausgedrückt werden. W = 0,171 × (P × R4)/(E × H3) (B')
Hinsichtlich der Bedingungen, daß der Maximalwert der Biegungshöhe W kleiner als die Dickenabmessung H der Membran ist, kann die folgende Bedingungsgleichung (C') erzielt werden. W = 0,171 × (P × R4)/(E × H3) < H (C')
Wenn die spezifischen Werte des Drucks P und des Elastizitätsmoduls E in die Bedingungsgleichung (C') eingesetzt werden, kann eine Bedingung bezüglich eines Verhältnisses des Radius R zu der Dickenabmessung H in der Membran wie folgt erzielt werden. (R/H) < 56 (D')
Anders ausgedrückt, wenn die Dickenabmessung H der Membran gegenüber dem Radius R von ihr eingestellt ist, um die Bedingungsgleichung (D') zu erfüllen, kann der Maximalwert der Biegungshöhe W unter die Dickenabmessung beschränkt werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 19A bis 19H beschrieben. Als erstes weist ein Substrat 111 eines Halbleiterdrucksensors, das durch das Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erzielt wird, wie es in 19H gezeigt ist, eine aktive Schicht 113 zur Vorrichtungsausbildung, die aus monokristallinem Silizium besteht, auf einem Trägersubstrat (zweiten Trägersubstrat) 112 auf, das zum Beispiel aus einem Siliziumsubstrat (Siliziumwafer) des p-Typs besteht, wobei sich ein Isolationsfilm 112a, der aus einem Siliziumoxidfilm besteht, dazwischen befindet.
Eine dünne Membran 114 ist in der Oberflächenseite der aktiven Schicht 113 vorgesehen und auf der Innenseite von dieser ist eine abgedichtete Druckreferenzkammer 115 vorgesehen, die zu einem Zustand nahe Vakuum gebracht worden ist. Ebenso ist in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 eine Mehrzahl von piezoelektrischen Widerständen 116 ausgebildet, die sich an der Oberfläche der Membran 114 befinden. Eine integrierte Schaltung 117 zur Signalverarbeitung ist an einer Seite der Membran 114 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke der aktiven Schicht 113 zum Beispiel 15 μm und beträgt die Dicke der Membran 114 zum Beispiel 2 μm.
Ein Verfahren zum Herstellen dieses Substrats 111 eines Halbleiterdrucksensors wird nun beschrieben.
Die 19A bis 19H zeigen schematisch Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats 111 eines Halbleiterdrucksensors, die dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betreffen.
Zuerst wird, wie es in 19A gezeigt ist, ein Schritt eines Ausbildens einer aktiven Schicht 113, die aus monokristallinem Silizium besteht, auf einem ersten Trägersubstrat 118, das aus einem Siliziumsubstrat des p-Typs besteht, durch epitaktisches Wachstum des n-Typs ausgeführt. Dadurch, daß die aktive Schicht 113 bis zu einer vorbestimmten Dicke (zum Beispiel 15 μm) ausgebildet wird, wird die aktive Schicht 113, die einen PN-Übergang mit dem ersten Trägersubstrat 118 bildet, auf dem ersten Trägersubstrat 118 erzielt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Ebenenausrichtung der aktiven Schicht 113 (100) oder (110) sein, aber unter Berücksichtigung der Eigenschaften eines anisotropen Ätzens, das später beim Ausbilden einer Austiefung ausgeführt wird, ist es von Vorteil, daß die Ebenenausrichtung (100) ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird eine Ausrichtungsmarkierung 119 im voraus an einer vorbestimmten Position auf dem ersten Trägersubstrat 118 ausgebildet. Da die aktive Schicht 113 auf der oberen Fläche des ersten Trägersubstrats 118 mit einer gleichmäßigen Dicke ausgebildet wird, wird eine hervorstehende Markierung 113a in der Übergangsfläche (in den Figuren die untere Fläche) der aktiven Schicht 113 ausgebildet und wird eine entsprechend vertiefte ausgetiefte Markierung 113b in ihrem Oberflächenteil (in den Figuren ihrer oberen Fläche) ausgebildet. Wie es später weiter beschrieben wird, dienen die hervorstehende Markierung 113a und die ausgetiefte Markierung 113b als Ausrichtungsmarkierungen.
Als nächstes wird ein Schritt eines Ausbildens einer Austiefung zum Ausbilden einer Austiefung 120, die eine Druckreferenzkammer 115 wird, in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 auf dem ersten Trägersubstrat 118 durch Ätzen ausgeführt. Bei diesem Schritt eines Ausbildens einer Austiefung wird zuerst, wie es in 19B gezeigt ist, eine Maske (zum Beispiel ein SiN-Film) auf die Oberfläche der aktiven Schicht 113 abgeschieden und gemustert, um eine Maske 121 auszubilden, die eine Öffnung über einem zu ätzenden Teil (dem Austiefungsausbildungsbereich) aufweist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Austiefungsausbildungsposition auf der Grundlage der ausgetieften Markierung 113b bestimmt, die in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 ausgebildet ist.
Dann wird, wie es in 19C gezeigt ist, zum Beispiel durch Naßätzen eine Austiefung 120 in der aktiven Schicht 113 ausgebildet. In diesem Fall wird eine alkalische Ätzflüssigkeit, wie zum Beispiel KOH, die eine große Ätzselektivität bezüglich der Maske 121 aufweist, verwendet. Alternativ kann, wenn es ein Risiko einer Verunreinigung von Oberflächenschaltungen oder einer Herstellungsvorrichtung gibt, TMAH oder dergleichen als die Ätzflüssigkeit verwen det werden. Wenn bezüglich der Dicke von 15 μm der aktiven Schicht 113 die Dicke der Membran 114 2 μm betragen soll, wird diese Austiefung 120 bis zu einer Tiefe von 13 μm ausgebildet. Auf diese Weise wird die Austiefung 120 in der aktiven Schicht 113 mit einer Schicht einer Dicke ausgebildet, die der Membran 114 entspricht, die an ihrem Boden befestigt ist. Nachdem die Austiefung 120 ausgebildet worden ist, wird die Maske 121 entfernt (19D).
Dann wird ein Schritt eines Schichtens zum Schichten eines zweiten Trägersubstrats 112 auf die aktive Schicht 113 ausgeführt. In diesem Schritt werden, wie es in 19D gezeigt ist, das erste Trägersubstrat 118 und die aktive Schicht 113 von dem Zustand, der in 19C gezeigt ist, umgekehrt und werden dann auf die Oberfläche eines zweiten Trägersubstrats 112 geschichtet, auf welchem im voraus ein Isolationsfilm 112a (ein Siliziumoxidfilm) ausgebildet worden ist. Dieses Schichten wird in Vakuum ausgeführt und die derart aufeinandergeschichteten Substrate werden dann auf eine hohe Temperatur von 800 bis 1100°C erwärmt.
Wie es allgemein bekannt ist, wird bei einem anderen Verfahren (nicht gezeigt) zum Ausführen dieses Schichtens eine Vorbehandlung eines aufeinanderfolgenden Reinigens der Oberfläche des zweiten Trägersubstrats 112 und der Oberfläche der aktiven Schicht 113 mit zum Beispiel einem Gemisch von 4:1 aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxidwasser und dann mit reinem Wasser und dadurch Ausbilden eines äußerst dünnen Wasserfilms auf derartigen Oberflächen ausgeführt. Dadurch, daß die Oberflächen dann in guten Kontakt miteinander gebracht werden, werden Silanolradikale auf den Schichtungsflächen ausgebildet. Darin findet durch Erwärmen eine Reaktion statt, bei der Wassermoleküle aus den Silanolradikalen auf der Oberfläche des zweiten Trägersubstrats 112 und der Oberfläche der aktiven Schicht 113 entfernt werden und tritt eine Siloxanverbindung auf und befestigt die zwei zusammen.
Auf diese Weise werden, wie es in 19E gezeigt ist, die aktive Schicht 113 und das erste Trägersubstrat 118 in einem Stapelzustand, der zu dem umgekehrt ist, in welchem sie in 19C gezeigt sind, auf die obere Fläche des zweiten Trägersubstrats 112 geschichtet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Öffnung der Austiefung 120 der aktiven Schicht 113 von dem zweiten Trägersubstrat 112 bedeckt und wird eine abgedichtete Druckreferenzkammer 115 ausgebildet und befindet sich das Innere dieser Druckreferenzkammer 115 in Vakuum.
Nach diesem Schichten wird ein Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats zum Entfernen eines Großteils des ersten Trägersubstrats 118 durch Ätzen ausgeführt. Dieser Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats wird unter Verwendung eines elektrochemischen Stoppätzens mit einer Verarmungsschicht, die an dem PN-Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat 118 und der aktiven Schicht 113 ausgebildet ist, als ein Stopper ausgeführt.
Die 20 und 21 zeigen das Prinzip dieses elektrochemischen Stoppätzens. Ein elektrochemisches Stoppätzen wird auf die folgende Weise ausgeführt. Zuerst wird das Substrat aus drei Schichten, die verbunden sind, wie es zuvor beschrieben worden ist, in einer alkalischen Ätzflüssigkeit 122, wie zum Beispiel KOH, angeordnet. Dann wird zum Beispiel eine Pt-Elektrode 123 in die Ätzflüssigkeit 122 eingetaucht, und wird die Plusseite einer Gleichstromenergieversorgung 124 mit dem zweiten Trägersubstrat 112 verbunden, wird die Minusseite mit der Pt-Elektrode 123 verbunden und wird eine Spannung Vcc über den beiden eingeprägt.
Wenn dies durchgeführt wird, öffnet sich eine Verarmungsschicht an dem PN-Übergang zwischen dem ersten Träger substrat 118 und der aktiven Schicht 113, wird ein Spannungsabfall an diesem Verarmungsschichtteil groß, fällt das Potential Vd an der Ätzfläche (der Oberfläche des ersten Trägersubstrats 118) unter ein vorbestimmtes Potential Vpp und schreitet ein Si-Ätzen fort. Zu diesem Zeitpunkt fließt weitestgehend kein elektrischer Strom, wie es in 20 gezeigt ist. Wenn das Ätzen der Ätzfläche die Verarmungsschicht (die Nähe des PN-Übergangs) erreicht, steigt das Potential Vd der Ätzfläche über- das vorbestimmte Potential Vpp und beginnt plötzlich ein elektrischer Strom zu fließen, und die Ätzfläche wird anodisch oxidiert und ein Ätzen wird im Wesentlichen gestoppt. Daher wird, wie es in 19F gezeigt ist, lediglich eine extrem dünne Schicht, die der Verarmungsschicht entspricht (zum Beispiel unter 1 μm), zurückgelassen und der Großteil des ersten Trägersubstrats 118 wird entfernt.
Wenn dieser Schritt eines Entfernens eines ersten Trägersubstrats beendet ist, wird als nächstes ein Schritt eines Fertigätzens zum Entfernen der äußerst dünnen Schicht, die der Verarmungsschicht entspricht, bis die aktive Schicht 113 an der Ätzfläche freigelegt ist, ausgeführt. Bei diesem Schritt eines Fertigätzens wird ein Ätzen durch ein zeitliches Steuern auf der Grundlage der Ätzgeschwindigkeit der Ätzflüssigkeit genau bis zu einer Tiefe derart durchgeführt, daß die Oberfläche der aktiven Schicht 113 freigelegt wird. Auf diese Weise wird, wie es in 19G gezeigt ist, ein Substrat 111 eines Halbleiterdrucksensors, das eine Membran 114 einer vorbestimmten Dicke und eine Druckreferenzkammer 115, die Vakuum enthält, in einer aktiven Schicht 113 auf einem zweiten Trägersubstrat 112 aufweist, erzielt. Weiterhin verbleibt zu diesem Zeitpunkt die hervorstehende Markierung 113a auf der Oberfläche der aktiven Schicht 113.
Schließlich wird ein Schritt eines Ausbildens von piezoelektrischen Widerständen 116 und einer integrierten Schaltung 117 zur Signalverarbeitung in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 ausgeführt. Dieser Schritt wird durch herkömmliche Verfahren, wie zum Beispiel Photolithographie, Ionenimplantation und Diffusion, ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Positionen, an welchen die piezoelektrischen Widerstände 116 und die integrierte Schaltung 117 ausgebildet werden, auf der Grundlage der hervorstehenden Markierung 113a bestimmt. Auf diese Weise wird, wie es in 19H gezeigt ist, ein Substrat 111 eines Halbleiterdrucksensors erzielt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt es, da der Schritt eines Entfernens des ersten Substrats durch elektrochemisches Stoppätzen mit einer Verarmungsschicht, die an dem Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat 118 und der aktiven Schicht 113 ausgebildet ist, als ein Stopper ausgeführt wird, kein Auftreten der Art einer Durchbiegung, die es bei einem Polieren gibt, und kann ein Ätzen ausgeführt werden, wobei ein Teil des ersten Trägersubstrats 118 einer gleichmäßigen Dicke auf der Seite der aktiven Schicht 113 zurückbleibt. Da es bei dem Schritt eines Fertigätzens lediglich notwendig ist, daß ein äußerst flaches Ätzen ausgeführt wird, um den restlichen Teil des ersten Trägersubstrats 118 zu entfernen, der der Verarmungsschicht entspricht, ist jede Dickenänderung, die sich aus diesem Ätzen ergibt, klein genug, um vernachlässigt zu werden.
Deshalb ist es bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anders als bei Herstellungsverfahren, bei denen ein Polieren verwendet wird, um eine Membran herzustellen, möglich, eine Membran 114 einer gleichmäßigen Filmdicke, die eine äußerst geringe Änderung in dieser Dicke aufweist, auszubilden. Da es nicht notwendig ist, einen Graben oder dergleichen, der als ein Stopper dient, auszubilden, gibt es weiterhin einen höchst wertvollen Vorteil, daß das Verfahren einfach ist und Herstellungskosten niedrig gehalten werden können. Ebenso kann die Dicke der aktiven Schicht 113 unberücksichtigt der Dicke der Membran 114 dick gemacht werden und daher ist die Freiheit eines Entwurfs der integrierten Schaltung 117 hoch. Weiterhin kann eine positionelle Ausrichtung bei dem Schritt eines Schichtens unnötig gemacht werden.
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können, da die aktive Schicht 113 epitaktisch aufgewachsen wird, nachdem eine Ausrichtungsmarkierung 119 in dem ersten Trägersubstrat 118 ausgebildet worden ist, eine hervorstehende Markierung 113a und eine ausgetiefte Markierung 113b in der aktiven Schicht 113 ausgebildet werden. Diese Markierungen können danach zum Positionieren bei einem Schritt eines Ausbildens einer Austiefung und einem Schritt eines Ausbildens von piezoelektrischen Widerständen 116 und einer integrierten Schaltung 117 verwendet werden. Ebenso kann in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Ergebnis dessen, daß der Schritt eines Schichtens in Vakuum ausgeführt wird, die Druckreferenzkammer 115 einfach zu einem Vakuumzustand gebracht werden.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die 22A bis 22C zeigen das sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die unterschiedlichen Punkte zwischen diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das zuvor beschrieben worden ist, liegen in dem Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats. Das heißt, in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats in zwei Stufen, einer Stufe eines mechanischen Polierens und einer Stufe eines elektrochemischen Stoppätzens, ausgeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Schritt eines Schichtens auf die gleiche Weise wie in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt (siehe 22A). Danach wird ein Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats zum Entfernen von weitestgehend dem ganzem ersten Trägersubstrat 118 durch Ätzen dieses Substrats von drei Schichten, die verbunden sind, ausgeführt. Bei diesem Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats wird in einer ersten Stufe das erste Trägersubstrat 118 teilweise (zum Beispiel eine Dicke von wenigen hundert μm) durch Polieren entfernt (22B). Dieses Polieren wird gestoppt, bevor eine Durchbiegung in der Membran 114 auftritt.
Dann wird auf die gleiche Weise wie in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein elektrochemisches Stoppätzen auf dem restlichen Teil des ersten Trägersubstrats 118 (zum Beispiel einige wenige μm bis einige wenige zehn μm) mit der Verarmungsschicht, die an dem Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat 118 und der aktiven Schicht 113 ausgebildet ist, als ein Stopper ausgeführt (22C). Dadurch ist es ebenso, da das Ätzen durch die Verarmungsschicht gestoppt wird, auf die gleiche Weise wie in dem fünften Ausführungsbeispiel möglich, eine Membran 114 auszubilden, die eine gleichmäßige Dicke aufweist. Weiterhin wird in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da als Ergebnis, daß ein Polieren ebenso durchgeführt wird, die durch das elektrochemische Stoppätzen zu entfernende Materialmenge verringert wird, die Verfahrenszeit verkürzt und können Kostenverringerungen erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und verschiedene Änderungen können durchgeführt werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann die Ausrichtungsmarkierung, die in dem ersten Träger substrat ausgebildet ist, hervorstehend anstelle von ausgetieft sein und kann die vorliegende Erfindung ebenso in Fällen angewendet werden, in denen die Druckreferenzkammer kein Vakuum enthält und an einem vorbestimmten Druck abgedichtet ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats durch Aufeinanderschichten von ersten und zweiten Substraten (13, 15; 28, 30), in welchen eine Druckreferenzkammer (16; 31) vorgesehen ist, um darin einen verringerten Druck aufzuweisen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden einer Austiefung (13b; 28a) in dem ersten Substrat (13; 28); derartiges Ausbilden eines Verbindungslochs (13a) in mindestens einem der ersten und zweiten Substrate (13, 15), dass, wenn die ersten und zweiten Substrate (13, 15) aufeinandergeschichtet worden sind, die Austiefung (13b) für die Druckreferenzkammer (16) mit dem Äußeren verbunden ist; derartiges Schichten des ersten Substrats (13; 28) auf das zweite Substrat (15; 30) in einer Atmosphäre bei Atmosphärendruck, dass eine Fläche des ersten Substrats (13; 28), an welcher die Austiefung (13b; 28a) ausgebildet worden ist, mit dem zweiten Substrat (15; 30) bedeckt ist, wobei das Ausbilden eines Verbindungslochs (13a) vor dem Schichten ausgeführt wird; Evakuieren eines Inneren der Austiefung (13b; 28a), die die Druckreferenzkammer (16; 31) wird, nachdem das erste Substrat (13; 28) und das zweite Substrat (15; 30) aufeinandergeschichtet worden sind, durch das Verbindungsloch (13a); und Schließen des Verbindungslochs (13a), nachdem das Innere der Austiefung (13b) durch das Verbindungsloch (13a) bei dem Evakuieren evakuiert worden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 1, wobei bei dem Schichten die Austiefung (28a) für die Druckreferenzkammer (31) derart abgedichtet wird, dass das Innere von ihr von dem Äußeren isoliert ist, und sich bei dem Evakuieren dadurch, dass eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, ein Gas innerhalb der Austiefung (28a) mit einem Substratmaterial verbindet und dadurch aufgebraucht wird.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 2, wobei bei dem Schichten das erste Substrat (28) in einem Zustand auf das zweite Substrat (30) geschichtet wird, in dem Gas, das mit einem Material des ersten Substrats (28) reagieren kann, in der Austiefung (28a) vorhanden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 2, wobei bei dem Schichten eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 800°C bis 1150°C ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 2, wobei sich eine Temperatur einer Wärmebehandlung, die bei dem Evakuieren ausgeführt wird, in einem Bereich von 1150°C bis 1200°C befindet.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 2, wobei sich bei dem Evakuieren dadurch, dass eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, Sauerstoff, der innerhalb der Austiefung (28a) zurückbleibt, mit dem Substratmaterial verbindet, um einen Oxidfilm (31) auszubilden, wodurch das Innere der Austiefung (28a) evakuiert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 2, das weiterhin einen Schritt einer Oberflächenbehandlung zum derartigen Behandeln des Inneren der Austiefung (28a) aufweist, dass die Halbleiterflächen freigelegt werden, wobei die Oberflächenbehandlung vor dem Schichten ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 7, wobei bei der Oberflächenbehandlung ein Oxidfilm, der innerhalb der Austiefung (28a) ausgebildet ist, derart entfernt wird, dass die Halbleiterflächen freigelegt werden.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 1 oder 3, das weiterhin einen Schritt eines derartigen Polierens des ersten Substrats (13; 28) aufweist, dass durch Verringern einer Dicke eines Teils des ersten Substrats (13; 28), an dem die Austiefung (13b; 28a) ausgebildet ist, eine Membran (20; 32) ausgebildet wird, wobei das Polieren vor dem Evakuieren ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 9, wobei eine Dicke der Membran (20; 32) gleich oder kleiner als 10 μm ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 9, wobei eine Dicke der Membran (20; 32) gleich oder kleiner als 5 μm ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 9, das weiterhin einen Schritt (P7; T9) eines Ausbildens von Vorrichtungen aufweist, der einen Schritt eines Ausbildens von Widerständen (21; 33), die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, auf der Membran (20; 32) beinhaltet, um eine Biegung der Membran (20; 32) zu erfassen, die durch den daran ausgeübten Druck verursacht wird.
Halbleiterdrucksensor, der aufweist: eine Membran (51; 68), welche sich als Reaktion auf einen Druck biegt, der auf eine Hauptoberfläche von ihr wirkt; eine Druckreferenzkammer (67), die auf einer Seite einer hinteren Oberfläche der Membran (51; 68) vorgesehen ist, wobei sich ein Inneres der Druckreferenzkammer (67) in einem Zustand eines verringerten Drucks befindet; und eine Erfassungsvorrichtung (52; 70) zum Erfassen des Drucks, der auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, auf der Grundlage einer Biegungshöhe der Membran (51; 68), wobei eine Dicke der Membran (51; 68) derart eingestellt ist, dass ein Maximalwert einer Biegung der Membran (51; 68), welcher aus der Dicke, einer Seitenlänge oder einem Radius, einem Elastizitätsmodul, der aus einem Material der Membran (51; 68) bestimmt wird, und einem Druck abgeleitet wird, der gleichmäßig auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, gleich oder kleiner als eine Dicke der Membran (51; 68) ist.
Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 13, wobei, wenn die Membran (51; 68) eine Seitenlänge aufweist, der Maximalwert W einer Biegung der Membran (51; 68) durch die Gleichung W = 0,014 × (P × L⁴)/(E × H³) ausgedrückt ist, in welcher P ein Druck ist, der auf die Membran (51; 68) wirkt, welcher durch eine Differenz zwischen einem Druck Po, der auf die Hauptoberfläche von ihr wirkt, und einem Druck Ps bestimmt wird, der auf die hintere Oberfläche von ihr wirkt, L eine Seitenlänge der Membran (51; 68) ist, die eine Quadratform aufweist, E ein Elastizitätsmodul ist, der durch das Material bestimmt wird, und H eine Dickenabmessung der Membran (51; 68) ist.
Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 13, wobei, wenn eine Form der Membran (51; 68) quadratisch ist und die Membran (51; 68) aus monokristallinem Silizium besteht, ein Verhältnis (L/H) einer Seitenlänge L zu einer Dicke H der Membran (51; 68) derart eingestellt ist, dass es kleiner als 104 ist.
Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 13, wobei, wenn die Membran (51; 68) einen Radius aufweist, der Maximalwert W einer Biegung der Membran (51; 68) durch die Gleichung W = 0,171 × (P × R⁴)/(E × H³) ausgedrückt ist, in welcher P ein Druck ist, der auf die Membran (51; 68) wirkt, welcher durch eine Differenz zwischen einem Druck Po, der auf die Hauptoberfläche von ihr wirkt, und einem Druck Ps bestimmt wird, der auf die hintere Oberfläche von ihr wirkt, R ein Radius der Membran (51; 68) ist, die eine Kreisform aufweist, E ein Elastizitätsmodul ist, der durch das Material bestimmt wird, und H eine Dickenabmessung der Membran (51; 68) ist.
Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 13, wobei, wenn eine Form der Membran (51; 68) kreisförmig ist und die Membran (51; 68) aus monokristallinem Silizium besteht, ein Verhältnis (R/H) eines Radius R zu einer Dicke H der Membran (51; 68) derart eingestellt ist, dass es kleiner als 56 ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterdrucksensors, bei welchem eine Druckreferenzkammer (67) auf einer Seite einer hinteren Oberfläche einer Membran (51; 68) vorgesehen ist, wobei sich ein Inneres der Druckreferenzkammer (67) in einem Zustand eines verringerten Drucks befindet, wobei der Halbleiterdrucksensor einen Druck, der auf eine Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, auf der Grundlage einer Biegungshöhe der Membran (51; 68) erfasst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Aufeinanderschichten eines Membranausbildungssubstrats (60; 74) und eines Trägersubstrats (42; 65) in einer Atmosphäre eines verringerten Drucks, um die Druckreferenzkammer (67) auszubilden; und Ausbilden einer Membran, das einen letzten Schritt eines Verdünnens des Membranausbildungssubstrats (60; 74) zu einer vorbestimmten Dickenabmessung durch derartiges Polieren aufweist, dass ein Teil des Membranausbildungssubstrats (60; 74) als eine Membran (51; 68) dient, wobei eine Dicke der Membran (51; 68) derart eingestellt wird, dass ein Maximalwert einer Biegung der Membran (51; 68), welcher aus einer Dicke, einer Seitenlänge oder einem Radius, einem Elastizitätsmodul, der aus einem Material der Membran (51; 68) bestimmt wird, und einem Druck abgeleitet wird, der gleichmässig auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, gleich oder kleiner als eine Dicke der Membran (51; 68) ist.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats, mit welchem ein Halbleiterdrucksensor ausgebildet wird, wobei das Substrat mit einer Druckreferenzkammer (115) versehen ist, die auf einer Seite einer hinteren Oberfläche einer Membran (114) angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden einer Austiefung durch Ätzen einer Oberfläche einer aktiven Schicht (113), die mit einem sich dazwischen befindenden PN-Übergang auf einem ersten Trägersubstrat (118) vorgesehen ist, zum Ausbilden einer Austiefung (120), die eine Druckreferenzkammer (115) wird, wobei eine aktive Schicht einer Dicke zurückbleibt, die der der Membran (114) entspricht, die auf ihrer Bodenseite vorgesehen ist; Schichten eines zweiten Trägersubstrats (112) auf die Oberfläche der aktiven Schicht (113); Entfernen eines Großteils des ersten Trägersubstrats (118) durch Ätzen; und Ausführen eines flachen Ätzens auf einer Ätzfläche zum Entfernen des ersten Trägersubstrats (118), bis die aktive Schicht (113) freigelegt wird, wobei das Entfernen des ersten Trägersubstrats (118) unter Verwendung eines elektrochemischen Stoppätzens mit einer Verarmungsschicht, die an dem PN-Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat (118) und der aktiven Schicht (113) ausgebildet ist, als ein Stopper ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 19, wobei die aktive Schicht (113) durch epitaktisches Wachstum auf dem ersten Trägersubstrat (118) ausgebildet wird und eine ausgetiefte oder hervorstehende Ausrichtungsmarkierung (113a) im Voraus in einer oberen Fläche des ersten Trägersubstrats (118) ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 19, wobei bei dem Entfernen des ersten Trägersubstrats ein elektrochemisches Stoppätzen an der Verarmungsschicht ausgeführt wird, nachdem das erste Trägersubstrat (118) durch Polieren teilweise entfernt worden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 19, wobei das Schichten in Vakuum ausgeführt wird, wodurch die Druckreferenzkammer (115) zu einer Vakuumkammer gemacht wird.