DE3918769A1 - Halbleiterdrucksensor und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Halbleiterdrucksensor und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor gemäß
Anspruch 1, der im wesentlichen unempfindlich gegenüber
elektrischen Störungen ist.
Ein Halbleiterdrucksensor zum Messen eines Druckes durch
Bestimmen einer Veränderung eines Widerstandswertes, die
durch eine Deformation eines Dehnungsmeßstreifens be
wirkt wird, ist wohlbekannt und umfaßt gewöhnlich eine
Membran, die aus einem Siliziumeinkristallsubstrat ge
fertigt ist und einen dünnen Teil aufweist. Die Wider
standsänderungen werden durch Bestimmen eines Druckwer
tes, der auf der Membran anliegt, durch ein piezoresis
tives Element unter Verwendung des Konzeptes, daß die
Deformation des Dehnungsmeßstreifens sich im Einklang
mit einer darauf anliegenden mechanischen Belastung,
verändert, gemessen.
Die ungeprüfte japanische Patentpublikation 61-2 39 675
offenbart einen Halbleiterdrucksensor wie in Fig. 22
gezeigt, der ein Halbleitersubstrat 800 umfaßt, auf
welchem eine Piezowiderstandsschicht 802 gebildet ist,
einer Halbleitersubstratschicht 810 zum Tragen des Halb
leiterdrucksensors und einer versenkten Isolierschicht
808, die zwischen dem Halbleitersubstrat 800 und der
Halbleitersubstratsschicht 810 zur Verfügung gestellt
wird. Dieser Sensor ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
Bimetallbewegung, bewirkt durch Kontakt zwischen der
Membran mit einer dünnen Stärke und einer anderen, auf
der Oberfläche darauf gebildeten Isolierschicht, unter
drückt wird.
Wie in Fig. 22 gezeigt ist, werden in dem Halbleiter
drucksensor weiter eine leitende Metallschicht 804 und
eine Isolierschicht 806 zur Verfügung gestellt.
In dem in Fig. 22 gezeigten Halbleiterdrucksensor wurden
jedoch einige Nachteile gefunden, z.B. daß das Halblei
tersubstrat 800 und die Halbleitersubstratsschicht 810
leitend miteinander verbunden sind, wenn sie während des
Zersägens zum Trennen eines Wafers in einzelne Chips
miteinander in Kontakt kommen, weil die Stärke der ver
senkten Isolierschicht 808, die dazwischen zur Verfügung
gestellt wird, sehr dünn ist, z.B. ungefähr 0,5 bis
2 Mikrometer, oder wenn Wasser oder Staub an einer äu
ßeren peripheren Seitenoberfläche der versenkten Iso
lierschicht 808 oder in deren Umgebung anhaftet, sogar
nachdem der Halbleiterdrucksensor hergestellt worden
ist. Wenn ferner eine elektrische Spannung angelegt
wird, welche eine Oberflächenentladungsdurchbruchsspan
nung aufgrund von Störungen oder dergleichem überschrei
tet, wird in dem Halbleitersubstrat zwischen dem Halb
leitersubstrat 800 und der Halbleitersubstratsschicht
810 ein externes Potential eingeführt. Dies führt auf
grund von gegenseitiger Wechselwirkung zwischen dem
Substrat und dem Schaltkreis eines Drucksensorchips, auf
welchem eine Ansteuerquelle des Halbleiterdrucksensors
und verschiedene Schaltkreise integriert sind, zu einer
Fehlfunktion oder Veränderungen in dessen Ausgang.
Im Hinblick auf die Nachteile des konventionellen Halb
leiterdrucksensors, ist es Aufgabe der vorliegenden Er
findung, einen Halbleiterdrucksensor zu schaffen, worin
das Trägermittel des Halbleiterdrucksensors elektrisch
vollständig vom Halbleitersubstrat isoliert ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt vorrichtungstechnisch
durch die Merkmale des Anspruchs 1 und verfahrenstech
nisch durch die Merkmale der Ansprüche 12, 20 und 22.
Daher wird erfindungsgemäß ein Halbleiterdrucksensor zur
Verfügung gestellt mit
einem Halbleitersubstrat mit einem ersten Halbleiterbe
reich, in welchem eine Halbleitervorrichtung gebildet
wird, einem zweitem Halbleiterbereich, einer versenkten
Isolierschicht, die zwischen dem ersten und dem zweiten
Halbleiterbereich zur Verfügung gestellt wird, einer
Vertiefung, die in dem zweiten Halbleiterbereich ge
schaffen wird und einer Öffnung auf der Hauptoberfläche
des zweiten Halbleiterbereiches und einem Belastung er
fassenden Teil, die Halbleitervorrichtung umfassend, die
in dem ersten Halbleiterbereich der Vertiefung ge
genüberliegend geschaffen wird. Der Halbleiterdrucksen
sor ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
einer der äußeren peripheren Seitenoberflächen des er
sten und zweiten Halbleiterbereichs an der Innenseite
der äußersten peripheren Seitenoberfläche der Isolier
schicht angeordnet ist.
Ferner wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Er
findung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter
drucksensors zur Verfügung gestellt, welcher die fol
genden Schritte umfaßt:
In-Kontakt-bringen eines ersten Halbleitersubstrates und
eines zweiten Halbleitersubstrates mit einer Isolier
schicht, die dazwischen auf der Oberfläche einer dieser
Halbleitersubstrate gebildet wird, Ätzen der Hauptober
fläche des ersten Halbleitersubstrates, um dessen Stärke
zu vermindern, Bilden mindestens einer Halbleitervor
richtung in dem ersten Halbleitersubstrat, Bilden einer
Vertiefung, die sich in das zweite Halbleitersubstrat
aus dessen Hauptoberfläche erstreckt, Bilden eines Be
lastung erfassenden Teils in dem ersten Halbleitersub
strat gegenüber der Vertiefung und Ätzen mindestens ei
ner der äußeren peripheren Seitenoberflächen des ersten
und zweiten Halbleitersubstrates, um einen vorbestimmten
Abstand zwischen jener äußeren peripheren Seitenober
fläche und einer peripheren Seitenoberfläche der Iso
lierschicht zu schaffen.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wie oben er
klärt, zu realisieren, ist es ein charakteristisches
Merkmal des Halbleiterdrucksensors, daß wenigstens eine
der äußeren peripheren Seitenoberflächen des ersten
Halbleiterbereiches und des zweiten Halbleiterbereiches
auf der Innenseite der äußeren peripheren Seitenober
flächen der dazwischen geschaffenen Isolierschicht ange
ordnet ist.
Nämlich wenigstens eine der äußeren peripheren Seiten
oberflächen des ersten Halbleiterbereiches oder des
zweiten Halbleiterbereiches wird mit einem vorbestimmten
Abstand T auf der Innenseite der äußeren peripheren
Seitenoberfläche der Isolierschicht gebildet, z. B. der
äußeren peripheren Seitenoberfläche des zweiten Halb
leiterbereiches ist auf dem inneren Teil der Isolier
schicht mit einem Abstand T von der äußeren peripheren
Seitenoberfläche der Isolierschicht gebildet.
Folglich kann der Abstand zwischen einem Endteil einer
der äußeren peripheren Seitenoberflächen von z.B. dem
ersten Halbleiterbereich und jener des zweiten Halblei
terbereiches größer sein als die Stärke der Isolier
schicht, wodurch eine unerwünschte Leitung zwischen dem
ersten Halbleiterbereich und dem zweiten Halbleiterbe
reich während der aktuellen Verwendung wirksam verhin
dert wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung
ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1(a) bis 1(h) Querschnittsansichten des Verfahrens
zur Herstellung des Halbleiterdrucksensors der
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 1(j) eine Querschnittsansicht, die eine Modifika
tion der ersten erfindungsgemäßen Ausführungs
form zeigt;
Fig. 2(a) bis 2(h) Querschnittsansichten des Verfahrens
zur Herstellung des Halbleiterdrucksensors der
zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Halbleiter
drucksensors der dritten erfindungsgemäßen
Ausführungsform;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die eine Modifika
tion der zweiten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform zeigt;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die die Bauweise des
erfindungsgemäßen Halbleiterdrucksensors
zeigt;
Fig. 6(a) bis 6(g) die Querschnittsansichten des Ver
fahrens zur Herstellung des Halbleiterdruck
sensors einer vierten erfindungsgemäßen Aus
führungsform;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil
einer ersten Modifikation der vierten erfin
dungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 8 eine Draufsicht des Halbleiterdrucksensors,
der in Fig. 7 als ein Wafer gezeigt ist;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil
einer zweiten Modifikation der vierten erfin
dungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 10(a) bis 10(k) Querschnittsansichten des Verfah
rens zur Herstellung des Halbleiterdrucksen
sors einer fünften erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform;
Fig. 11(a) bis 11(h) Querschnittsansichten des Verfah
rens zur Herstellung des Halbleiterdrucksen
sors einer sechsten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht des Halbleiterdruck
sensors der erfindungsgemäßen siebten Ausfüh
rungsform;
Fig. 13(a) bis 13(e) Querschnittsansichten des Verfah
rens zur Herstellung des Halbleiterdrucksen
sors einer achten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform;
Fig. 14(a) und 14(b) Querschnittsansichten des Aufbaus
zum Messen einer Durchbruchsspannung und ein Dia
gramm, welches die Beziehung zwischen einem
Abstand und der Durchbruchsspannung wieder
gibt;
Fig. 15(a) bis 15(i) Querschnittsansichten des Verfah
rens zur Herstellung des Halbleiterdrucksen
sors einer neunten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform;
Fig. 16 eine Querschnittsansicht, die eine Anwendung
des erfindungsgemäßen Drucksensors zeigt;
Fig. 17 eine Querschnittsansicht, die eine Modifika
tion des Drucksensors der neunten erfindungs
gemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 18 eine Querschnittsansicht, die eine Modifika
tion des Drucksensors der neunten erfin
dungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 19 eine Querschnittsansicht des Halbleiterdruck
sensors der zehnten erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform;
Fig. 20 eine Querschnittsansicht, die eine Modifika
tion des Drucksensors der zehnten erfindungs
gemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 21 eine Ansicht, die ein Verfahren zeigt, welches
in der vorliegenden Erfindung zum Anodenkon
taktieren verwendet wird; und
Fig. 22 eine Querschnittsansicht eines konventionellen
Halbleiterdrucksensors.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Er
findung werden unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung nachfolgend beschrieben.
Die Fig. 1(a) bis 1(h) sind die Querschnittsansichten
des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterdrucksen
sors der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die
beteiligten Verfahrensschritte werden nacheinander wie
folgt erläutert:
Gemäß Fig. 1(a) wird eine n⁺ versenkte Schicht (buried
layer) 3 und eine p⁺ versenkte Schicht (buried layer) 5
auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrates 1 durch
ein Ionenimplantierverfahren geschaffen.
Dann wird gemäß Fig. 1(b) eine Epitaxialschicht 7 vom
p-Typ mit einem Widerstand von 10 bis 20 Ohmcm in einer
vorbestimmten Stärke von beispielsweise 5 bis 30 Mikro
meter aufgewachsen (deren Stärke entsprechend dem auf
den Halbleiterdrucksensor anzuwendenden Druck bestimmt
ist) und eine Isolierschicht 9 aus SiO2 mit einer Stärke
von ungefähr 0,5 Mikrometer auf der Schicht 7 durch ein
thermisches Oxidationsverfahren gebildet.
Gemäß Fig. 1(c) wird eine Isolierschicht 13 aus SiO2 und
mit einer Stärke von ungefähr 0,5 Mikrometer auf einen
n-Typ Siliziumhalbleitersubstrat 11 durch das thermische
Oxidationsverfahren gebildet und anschließend gemäß Fig.
1(d) die in den Fig. 1(b) und 1(c) gezeigten Wafer in
Kontakt miteinander mit der Isolierschicht 9 und Iso
lierschicht 13 einander gegenüberliegend angeordnet und
die Wafer zusammen kontaktiert werden bei einer Bonding
temperatur von 800°C bis 1100°C.
Anschließend wird das Halbleitersubstrat vom n-Typ gemäß
Fig. 1(e) durch ein Läppverfahren geschliffen, um ein
Spiegelfinish von dessen Oberfläche herzustellen und die
p⁺-Isolierdiffusionsschichten 15 werden in den Bereichen
der Oberfläche des Substrates 1 gebildet, an welchem die
Isolierteile später gebildet werden.
Nachstehend wird dem kontaktierenden Teil zwischen den
Substraten mit der Isolierschicht 9 und 13 das Bezugs
zeichen 17 gegeben.
Dann werden gemäß Fig. 1(f) die p⁺-Isolierdiffusions
schichten 19 in dem Siliziumhalbleitersubstrat 1 durch
eine thermische Behandlung gebildet und anschließend die
Piezowiderstandsschichten 21, welche als Belastung er
fassende Teile dienen, auf einem vorbestimmten Bereich
auf der Oberfläche des Siliziumhalbleitersubstrates 1
vom n-Typ durch Diffundieren von Verunreinigungen des
p-Typs, wie beispielsweise Bor (B) oder ähnlichem, unter
Verwendung des Siliziumoxidfilms als eine Maske gebildet
und, nachdem ein Bipolartransistor 23 darauf gebildet
ist, werden die Isolierschichten 25 und 27 und eine
verbindende Schicht 29 aus Al durch ein konventionelles
Planarverfahren gebildet.
Fig. 1(g) ist eine schematische Querschnittsansicht ei
nes wesentlichen Merkmals dieser Ausführungsform.
Zuerst werden vorbestimmte Bereiche des Siliziumhalb
leitersubstrates 11 vom n-Typ, z.B. ein Bereich, der mit
F-F bezeichnet ist und mit einem Abstand von 1 mm bis
5 mm und einem Bereich, der mit A-B bezeichnet ist, mit
einem Abstand von 5 Mikrometer durch ein kaustisches
Ätzverfahren unter Verwendung von Ätzkali KOH oder einem
gemischten Ätzmittel aus Fluorwasserstoff, Salpetersäure
und Essigsäure geätzt wird, wobei die isolierende
SiO2-Schicht 27 als eine Maske und die isolierende
SiO2-Schicht 17 als ein Stopper verwendet wird.
Ein Halbleiterdrucksensor gemäß Fig. 1(h) wird erhalten
durch Schneiden des Wafers an der gestrichelten Linie
A, wie in Fig. 1(g) gezeigt mit einem mechanischen
Schneidwerkzeug. In dieser Ausführungsform beträgt der
Abstand T des Chips nach dem Schneidvorgang gemäß
Fig. 1(h) ungefähr 5 Mikrometer.
In dieser Ausführungsform des Halbleiterdrucksensors
gemäß Fig. 1(h) kommen die äußere periphere Seitenober
fläche S der Epitaxialschicht 7 vom p-Typ und die äußere
periphere Seitenoberfläche R des Siliziumhalbleitersub
strates 11 vom n-Typ nicht miteinander in Kontakt, da
der äußerste Teil des Siliziumhalbleitersubstrates 11
vom n-Typ räumlich von der äußeren peripheren Seiten
oberfläche der SiO2 -Isolierschicht 17 mit dem vorbe
stimmten Abstand T von beispielsweise ungefähr 5 Mikro
meter getrennt ist. Ferner kann in dieser Ausführungs
form der Abstand von der äußeren peripheren Seitenober
fläche des Siliziumhalbleitersubstrates 1 vom n-Typ zu
der äußeren peripheren Seitenoberfläche des Silizium
halbleitersubstrates 11 vom n-Typ größer gemacht werden
als die Stärke der Isolierschicht 17. Daher wird die
Möglichkeit der Leitung zwischen den Siliziumhalblei
tersubstraten 1 und 11 minimiert, auch wenn Wasser,
Staub oder dergleichen an der äußeren peripheren Seiten
oberfläche der Isolierschicht 17 anhaftet.
Der Halbleiterdrucksensor gemäß Fig. 1(h) wird in einer
Vorrichtung 200 gemäß Fig. 5 angewendet. Wenn die Vor
richtung 200 direkt auf einer Mischkammer (surge tank)
300 oder dergl. eines Automobiles zum Bestimmen des An
saugdruckes darin montiert wird, werden Fremdpartikel
wie Feuchtigkeit, Staub oder dergl., die in die Misch
kammer (surge tank) 300 eingeführt wurden, in die Vor
richtung 200 eingebracht, wie durch einen Pfeil in Fig.
5 gezeigt ist, und wenn sie auf dem Halbleitersubstrat
11 des Halbleiterdrucksensors in Form eines Tautropfens
ankommen, wird ein instabiles Körper-Erd-Niveau herge
stellt.
Nichtsdestoweniger kann der Luftdruck auch unter den
obigen Bedingungen noch mit einer hohen Genauigkeit be
stimmt werden, weil das elektrische Potential des Sub
strates 11 das elektrische Potential des Substrates 1
nicht beeinflussen kann.
Gemäß Fig. 5 ist eine Drucksensoreinheit 202 in einem
Gehäuse 201 enthalten und ist ausgestattet mit einer
Baugruppe mit einem Stamm 203 und einem Aufsatz 204, die
miteinander verschweißt sind und einer Glasbasis 205 und
wobei der Halbleiterdrucksensor 206 gemäß Fig. 1(h) in
der Baugruppe zur Verfügung gestellt
wird.
In der Baugruppe ist ein Leitungsdraht 208 hermetisch
abgeschlossen und mit einem Draht 207 verbunden, der mit
dem Halbleiterdrucksensor 206 verbunden ist, um das
elektrische Ausgangssignal von dem Halbleiterdrucksensor
206 zur Außenseite zu übertragen. Der Leitungsdraht 208
ist mit der Außenseite über eine Leitung 209 verbunden.
Ferner werden in dieser Einheit 202 ein O-Ring 210 zum
Abdichten, ein Einlaßrohr 211 für eine unter Druck ste
hende Substanz mit einem einwärtsgebogenem Endteil, um
zu verhindern, daß Fremdpartikel die darin durch Ein
treten mit einer unter Druck stehenden Substanz 212, die
schnell zu dem Halbleiterdrucksensor 206 gefördert wird,
eindringt und einem Durchführungskondensator zur Verfü
gung gestellt.
Obwohl ein Siliziumhalbleitersubstrat 11 vom n-Typ in
dieser Ausführungsform verwendet wird, kann statt dessen
ein Siliziumhalbleitersubstrat vom p-Typ verwendet wer
den.
In dieser Ausführungsform wird der Wafer entlang der
gestrichelten Linie A gemäß Fig. 1(g) in Chips geschnit
ten, jedoch kann der Wafer entlang der gestrichelten
Linie G gemäß Fig. 1(i) geschnitten werden und an
schließend können die Seitenoberflächen des geschnitte
nen Chips mit einem kaustischen Ätzmittel wie KOH oder
dergl. nach Zur Verfügungstellen eines Wachses und einer
keramischen Platte auf der Oberfläche der Isolierschicht
25, so daß die äußeren peripheren Seitenoberflächen der
Siliziumschichten 7 und 11 auf der Innenseite der äuße
ren peripheren Seitenoberfläche der Isolierschicht 17
angeordnet sind.
Bei diesem Vorgang kann die Ätzung des Membranteiles
gestoppt werden, bevor der Bodenteil der Vertiefung die
SiO2-Isolierschicht 17, die als ein Stopper dient, er
reicht und anschließend kann die Ätzung dessen Seiten
teiles in der gleichen Weise, wie oben erklärt, ausge
führt werden.
Ferner wird in dieser Ausführungsform die Piezowider
standsschicht durch Eindiffundieren von Verunreinigungen
in ein Substrat aus einem Siliziumeinkristall gebildet,
jedoch kann eine Piezowiderstandsschicht aus polykris
tallinem Silizium auf der Oberfläche der SiO2-Schicht
gebildet werden, wenn ein hoher Widerstand erforderlich
ist.
Des weiteren kann der Schaltkreis dieser Erfindung nicht
nur als Bipolarvorrichtung, sondern auch als ein
MOS-Transistor oder ähnliche Vorrichtung ausgebildet
werden.
In dieser Ausführungsform ist der vorbestimmte Abstand T
ebenfalls wenigstens auf 2 Mikrometer festgesetzt, er
kann jedoch vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 200
Mikrometer festgesetzt werden.
Die Halbleitervorrichtung, die in dieser Erfindung ver
wendet wird, entspricht der Piezowiderstandsschicht 21
und einem Bipolartransistor 23.
Die zweite Ausführungsform dieser Erfindung wird unter
Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(h) erklärt.
Die Fig. 2(a) bis 2(h) sind Querschnittsansichten eines
Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterdrucksensors
der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Dessen Verfahrensschritte werden im folgenden nachei
nander erklärt:
Gemäß Fig. 2(a) wird eine Epitaxialschicht 30 vom n-Typ
epitaktisch bis auf eine Stärke von 10 bis 15 Mikrometer
und mit einem Widerstand von 1 bis 10 Ohmcm aufgewach
sen, auf der Oberfläche des n⁺-Siliziumhalbleitersub
strates 2 wird eine versenkte Schicht 3 vom n⁺-Typ und
eine versenkte Schicht 5 vom p⁺-Typ durch ein Ionenim
plantierverfahren gebildet und anschließend eine Iso
lierschicht 9 aus SiO2 in einer Stärke von ungefähr 0,5
Mikrometer durch ein thermisches Oxidationsverfahren
darauf gebildet.
Gemäß Fig. 2(b) wird eine Isolierschicht 13 aus SiO2 mit
einer Stärke von ungefähr 0,5 Mikrometer auf einem Sili
ziumhalbleitersubstrat 31 vom p-Typ durch thermische
Oxidation gebildet.
Anschließend werden die Wafer, wie in den Fig. 2(a) und
2(b) gezeigt ist, miteinander in Kontakt gebracht, so
daß sich die Isolierschichten 9 und 13 einander gegen
überliegen, durch ein direktes Waferkontaktierverfahren
bei einer Temperatur von 800°C bis 1100°C.
Anschließend wird das Halbleitersubstrat 2 vom n⁺-Typ
durch ein Läppverfahren auf eine Stärke von ungefähr 30
Mikrometer geschliffen und anschließend das Halbleiter
substrat vom n⁺-Typ selektiv durch ein gemischtes Ätz
mittel, welches Fluorwasserstoff bzw. Salpetersäure bzw.
Essigsäure in einem Mischungsverhältnis von 1:3:10
enthält und mit Wasser verdünnt wird.
Die Oberfläche wird dann mit einem Spiegelfinish verse
hen.
In dieser Ausführungsform wird der kontaktierende Teil
mit den Isolierschichten 9 und 13 im folgenden mit dem
Bezugszeichen 17 versehen.
Anschließend werden gemäß Fig. 2(d) p⁺ diffundierte
Isolierschichten 15 in den Bereichen der Oberfläche, in
welchen die isolierenden Teile später gebildet werden,
gebildet und dann, wie in Fig. 2(e) gezeigt, die p⁺
diffundierten Isolierschichten 19 durch eine thermische
Behandlung in dem Siliziumhalbleitersubstrat 30 gebil
det.
Dann wird die Piezowiderstandsschicht 21, die als Be
lastung erfassender Teil dient, auf einem vorbestimmten
Bereich auf der Oberfläche des Siliziumhalbleitersub
strates 30 vom n-Typ durch Diffundieren von Verunreini
gungen vom p-Typ, wie beispielsweise Bor (B) oder dergl.
gebildet unter Verwendung des Siliziumdioxidfilmes als
eine Maske und nachdem ein bipolarer Transistor 23 da
rauf gebildet wird, wird ein vertiefter Teil 32, der
sich in das Siliziumhalbleitersubstrat 30 von dessen
Oberfläche erstreckt, durch ein kaustisches Ätzverfahren
unter Verwendung von KOH und der Isolierschicht aus SiO2
als eine Maske gemäß Fig. 2(g) gebildet.
In dieser Ausführungsform ist die Größe des vertieften
Teils 32 derart, daß der Abstand T′ des Halbleiter
drucksensors gemäß Fig. 2(h) 5 Mikrometer ist.
Dann wird eine Isolierschicht 34 auf der Oberfläche des
vertieften Teils 32 gebildet, wie in Fig. 2(f) gezeigt
und eine Verdrahtung 29 aus Al hergestellt, wird darauf
gebildet, um ein Wafer gemäß Fig. 2(g) zu erhalten.
Anschließend werden die vorbestimmten Bereiche des Sili
ziumhalbleitersubstrates 31 vom p-Typ mit einem kausti
schen Ätzverfahren geätzt unter Verwendung von Ätzkali
KOH und die isolierende SiO2-Schicht 27 als eine Maske
oder mit einem gemischten Ätzmittel aus Fluorwasser
stoff, Salpetersäure und Essigsäure und Verwendung eines
Chromdampffilmes als eine Maske und dann der Halblei
terdrucksensor gemäß Fig. 2(a) durch Schneiden des Wa
fers entlang der gestrichelten Linie A′ erhalten wird.
In dieser Ausführungsform wird das Siliziumhalbleiter
substrat 30 vom n-Typ getrennt von der äußeren periphe
ren Seitenoberfläche der Isolierschicht 17 mit einem
vorbestimmten Abstand T′ gebildet und ferner, da die
äußere periphere Seitenoberfläche J des Siliziumhalblei
tersubstrates 30 vom n-Typ mit der Isolierschicht 34
bedeckt ist, eine Leitung zwischen den äußeren periphe
ren Seitenoberflächen des Siliziumhalbleitersubstrates
30 vom n-Typ und dem Siliziumhalbleitersubstrat 31 vom
p-Typ im wesentlichen eliminiert wird. In einer Modifi
kation dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die
Isolierschicht 34, ein Oxidfilm mit einem Dreischicht
aufbau mit einem Nitridoxidfilm, einem Oxidfilm und ei
nem Nitridoxidfilm, welche in dieser Reihenfolge gesta
pelt sind, wobei jede einzelne eine hohe Dielektrizi
tätskonstante aufweist, anstelle des Oxidfilms 17 ver
wendet werden, wobei das elektrische Feld vermindert
wird und die elektrischen Eigenschaften verbessert wer
den. Ferner werden die elektrischen Störungen zwischen
dem Substrat 30 und dem Substrat 31 vermindert, auch
wenn der Sensor der vorliegenden Erfindung durch Rau
schen oder dergl. beeinflußt wird.
Des weiteren wird in dieser Ausführungsform, wie in Fig.
2(g) gezeigt, das Ätzen des Siliziumhalbleitersubstrats
31 vom p-Typ gestoppt bevor der Boden des vertieften
Teils 32 die Isolierschicht 17 erreicht; wahlweise kann
man dem Boden des vertieften Teiles 32 erlauben, die
Isolierschicht 17 zu erreichen.
In dieser dritten Ausführungsform wird der Wafer durch
ein mechanisches Schneidverfahren wie beispielsweise
Ritzen, Drahtsägen oder dergl. geschnitten; wenn das
Schneiden ausgeführt wird, nachdem der Wafer fertigge
stellt ist, kann das Verfahren zum Ätzen der Isolier
schichten 36 und 42 von dessen Rückseite unter Zurver
fügungstellung eines Wachses 36 und einer keramischen
Platte 40 auf der Oberfläche der Isolierschicht 36, wie
in Fig. 3 gezeigt, verwendet werden.
Ferner wird, wenn der in Fig. 4 gezeigte Schritt verwen
det wird, eine Anhäufung des Resists oder dergl. in dem
vertieften Teil 32 vermieden, weil der vertiefte Teil 32
in das polykristalline Silizium versenkt ist.
Die vierte erfindungsgemäße Ausführungsform wird nach
folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) bis 6(g) er
läutert.
In Fig. 6(a) wird ein Siliziumhalbleitersubstrat 50 vom
n-Typ mit einer Kristallfläche (100) und einer glatten
Oberfläche zur Verfügung gestellt und ein Oxidfilm 52
aus SiO2 mit einer Stärke von 0,2 bis 1 Mikrometer auf
dessen Oberfläche durch ein Naßoxidationsverfahren bei
einer Temperatur von 1000°C gebildet.
Dann wird, wie in Fig. 6(b) gezeigt, ein Siliziumhalb
leitersubstrat 54 mit einer Kristallfläche (100) und
einem Widerstand von 10 bis 20 Ohmcm auf der Oberfläche
des Siliziumhalbleitersubstrates 50 vom n-Typ durch ein
direktes Waferverbindungsverfahren z.B. in einem Stick
stoffgas oder einer oxidierenden Atmosphäre bei einer
Temperatur von 1000°C für die Dauer einer Stunde ge
bildet.
Dann wird, wie in Fig. 6(c) gezeigt, das Siliziumhalb
leitersubstrat 54 vom p-Typ durch Läppen zu einem Spie
gelfinish geschliffen, bis dessen Stärke 5 bis 100 Mi
krometer beträgt und anschließend wird eine versenkte
Schicht 56 darauf durch ein Ionenimplantierverfahren
gebildet, gefolgt vom Bilden einer epitaxialen
n-Typ-Schicht 58 darauf mit einer Stärke von 5 bis 15
Mikrometer.
Anschließend werden, wie in Fig. 6(d) gezeigt, eine
Isolierschicht 60, verschiedene Transistoren 62, eine
Diode und ein Widerstand (beide nicht gezeigt), eine
Piezowiderstandsschicht 64 vom p-Typ bzw. ein Oxidfilm
66 gebildet, um unter Verwendung eines konventionellen
Verfahrens einen bipolaren IC oder ähnliche Vorrichtun
gen herzustellen und dann wird ein vertiefter Teil 68 in
dem Bereich, welcher als Ritzlinie verwendet werden
soll, durch ein anisotropes Ätzverfahren gebildet, wel
ches ein kaustisches Ätzmittel wie beispielsweise KOH
und den Oxidfilm 66 als Maske in einer solchen Art ver
wendet, daß der Spitzenendteil der Vertiefung den Oxid
film 52 erreicht.
Dann wird in dem Schritt, der in Fig. 6(e) gezeigt ist,
nach Bildung eines SiO₂-Filmes 70 durch ein thermisches
Oxidationsverfahren oder CVD-Verfahren eine Öffnung 72
im Bereich des SiO₂-Filmes 52 und 70, der als Ritzli
nie verwendet werden soll, durch ein Ätzverfahren gebil
det, (d.h. der Bereich entspricht einem vorstehenden
Teil 86 in dem Siliziumhalbleitersubstrat 50, welches
später beschrieben wird).
Dann wird der vertiefte Teil 68 mit n⁺-polykristallinem
Silizium 74 durch ein Vakuum-CVD-Verfahren unter einem
verminderten Druck gefüllt und dessen Oberfläche wird
glatt geschliffen.
Anschließend wird ein thermischer Oxidfilm 76 darauf
gebildet und nacheinander eine Öffnung 78 durch ein
konventionelles IC-Verfahren gebildet, gefolgt von einer
Verbindungsschicht 80 aus Al und einem Passivierungsfilm
82, und als ein Ergebnis ist die Al-Verbindung 80 elek
trisch mit dem Siliziumhalbleitersubstrat 50 durch das
polykristalline Silizium 74 und die Öffnung 72 verbun
den.
Ferner wird eine Vertiefung 84 durch Ätzen des Bereichs
des Siliziumhalbleitersubstrates 50, der dem Bereich
gegenüberliegt, in welchem die Membran des Drucksensors
geschaffen wird, mit einem kaustischem Ätzmittel gebil
det.
In diesem Siliziumhalbleitersubstrat 50 wird der Teil
ohne die Vertiefung 84 ein vorstehender Teil 86 ge
nannt.
Dann wird gemäß Fig. 6(f) eine Glasplatte 88 mit dem
selben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der des
Siliziumhalbleitersubstrates 50, z.B. "PYREX"- (Waren
zeichen) Glas zur Verfügung gestellt, um den Drucksensor
zu montieren und der Sensor wird mit dem Trägermaterial
durch ein anodisches Bondingverfahren verbunden. Die
Glasplatte 88 wird mit einem druckeinführenden Loch 90
und einer Elektrodenschicht 92 zur Stabilisierung des
verbundenen Teiles zur Verfügung gestellt.
Das oben erwähnte anodische Bondingverfahren wird wie
folgt durchgeführt:
Der Drucksensor und das Glas 88 werden in Kontakt mit
einander angeordnet und das anodische Bondingverfahren
wird durchgeführt durch Anlegen einer Spannung von 600
bis 800 V daran, unter Verwendung einer Seite der Sen
sorvorrichtung auf welcher ein Drucksensor als eine po
sitive Elektrode zur Verfügung gestellt wird, für unge
fähr 10 bis 20 Minuten, bei einer Temperatur von 300 bis
400°C. Dann wird gemäß Fig. 6(f) eine obere Elektrode
94, eine untere Elektrode 96 und eine elektrische Quelle
98 zur Verfügung gestellt.
Nachdem dieses Verfahren beendet ist, wird die Vorrich
tung an den Teilen der Al-Verbindung 80, der Öffnung 72,
dem vorragenden Teil 86 und dem Glasteil 88 durch eine
Trennsäge in einen Chip geschnitten. Das Endprodukt ist
in Fig. 6(g) gezeigt.
Als ein Ergebnis des obigen Verfahrens werden die
Al-Verbindung 80 und die Öffnung 72, welche auf der
Ritzlinie gebildet sind, eliminiert und daher wird die
elektrische Isolierung des Halbleitersubstrates und der
Trägermittel des Drucksensors fertiggestellt und ferner
das anodische Bonding des Trägermittels des Drucksen
sors, d.h. den vorstehenden Teil 86 und das Trägermate
rial 88, leicht ausgeführt.
Gemäß dieser Ausführungsform werden die folgenden zu
sätzlichen Wirkungen erhalten.
Nämlich in dieser Ausführungsform wird die rillenförmig
Vertiefung 68 mit polykristallinem Silizium 74 gefüllt,
nachdem der SiO2-Film 70 auf der inneren Oberfläche des
rillenförmig vertieften Teiles 68 gebildet ist und daher
können Substanzen wie beispielsweise Resist oder dergl.
wirksam daran gehindert werden, in die Vertiefung 68
während der Bildung der Al-Verbindungsschicht 80 einzu
treten, nachdem der SiO2-Film 70 oder dergl. gebildet
ist und das oben erwähnte Verfahren ohne Fehler ausge
führt werden kann.
Als nächstes ist der Hauptteil einer Modifikation der
vierten Ausführungsform in Fig. 7 gezeigt.
In dieser Modifikation sind die Verfahrensschritte bis
zum Schritt des Bildens der Öffnung 72 dieselben, wie in
der vierten Ausführungsform und anschließend wird eine
aus Al hergestellte und zum anodischen Bonding verwen
dete Elektrode auf der Innenseite des vertieften Teils
gebildet, anstatt den vertieften Teil mit polykristal
linem Silizium zu füllen.
Gemäß Fig. 8 gezeigt, kann die Elektrode 100 in mehreren
Teilen in einem Wafer gebildet werden, wie durch
Schraffieren gezeigt, um hierdurch einen stabilen Kon
takt über den Wafer herzustellen.
Fig. 9 zeigt eine zweite Modifikation der vierten Aus
führungsform, in welcher die Elektrode 100 zum anodi
schen Bonding nur auf der Oberfläche der Isolierschicht
52 gebildet wird und ein oberer Teil der Öffnung 72 und
ein genauerer elektrischer Kontakt durch Zurverfügung
stellen der Elektrode 100 mit einem vorstehenden Teil
102 erhalten wird.
Als nächstes wird die fünfte Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 10(a)
bis 10(h) erläutert und eine Modifikation davon wird
unter Bezugnahme auf die Fig. 10(i) bis 10(k) erläu
tert.
Die Schritte, die in den Fig. 10(a) bis 10(c) gezeigt
sind, sind dieselben wie die Schritte, die in Fig. 6(a)
bis 6(c) gezeigt sind und 401 ist ein Siliziumhalblei
tersubstrat vom p-Typ, 402 ist ein Siliziumhalbleiter
substrat vom p-Typ oder vom n-Typ und 403 ist ein
SiO2-Film mit einer Stärke von 0,1 bzw. bis 2 Mikrome
ter.
Ferner wird der n-Muldenteil gemäß Fig. 10(c) durch ein
Ionenimplantierverfahren gebildet, nachdem das Halblei
tersubstrat 401 mit einer Stärke von 0,1 bis 10 Mikro
meter gebildet ist.
Dann wird, wie in Fig. 10(d) gezeigt, ein SiO2-Film 405
mit einer Stärke von 0,1 bis 1 Mikrometer auf einem
vorbestimmten Bereich des Halbleitersubstrates 402 ge
bildet und anschließend werden ein konkav gebildeter
Teil 406 b mit einer runden oder rechteckigen Form und
einer Vertiefung 406 a durch Ätzen mit einem Ätzmittel
aus einer KOH-Lösung unter Verwendung des SiO2-Filmes
405 als eine Maske geätzt, um der Seitenwand der Ver
tiefung 406 a und dem konkav gebildeten Teil 406 b eine
verjüngte Bauweise zu geben.
Zu dieser Zeit wird das Ätzen mit dem Ätzmittel aus
KOH-Lösung gestoppt, wenn die Böden der Vertiefung 406 a
und des konkav gebildeten Teiles 406 b die Oberfläche des
SiO2-Filmes 403 erreichen.
Gemäß Fig. 10(e) wird, nachdem der thermische Oxida
tionsvorgang ausgeführt wurde, ein SiO2-Film 407 mit
einer Stärke von 0,1 bis 1 Mikrometer auf der peripheren
Seitenoberfläche des Halbleitersubstrates 402 gebildet,
gefolgt von dem Abscheiden eines polykristallinen Sili
ziums 408 über der ganzen Oberfläche des Substrates.
Gemäß Fig. 10(f) wird ein Teil des polykristallinen Si
liziums 408 dann durch Schleifen entfernt, um dessen
Oberfläche glatt zu machen und nacheinander eine Schal
tung 409 auf dem SiO2-Film 403 durch ein konventionelles
CMOS-Verfahren unter Verwendung eines Silizium-(Si)
Gates gebildet und in dem Bereich, in welchem ein
Druckmeßmittel zur Verfügung gestellt wird, ein Sili
ziumnitridfilm 410 mit der Stärke von 0,1 bis 1 Mikro
meter auf der Oberfläche der polykristallinen Silizium
schicht 408 gebildet wird und ferner wird eine polykri
stalline Siliziumschicht mit einer Stärke von 100 bis
4000 Angström und einer vorbestimmten Konzentration an
Verunreinigungen auf einem vorbestimmten Bereich des
Siliziumnitridfilmes 410 gebildet , um eine Piezowider
standsschicht 411 zu bilden.
Es sei bemerkt, daß, wenn ein Umkristallisierungsvorgang
unter Verwendung eines Laserstrahles oder dergl. auf die
Piezowiderstandsschicht 411 angewendet wird, deren
Empfindlichkeit verbessert wird.
In dieser Ausführungsform werden das polykristalline
Silizium als ein Si-Gate des CMOS und der Piezowider
standsschicht 411 getrennt gebildet, jedoch können sie
aus demselben polykristallinen Silizium gebildet wer
den.
Anschließend werden in dem CMOS-Schaltungsteil eine
Schicht eines isolierenden Filmes wie beispielsweise
BPSG-Film (nicht gezeigt) und eine Verbindungsschicht
wie beispielsweise Al-Verbindung oder dergl. (nicht ge
zeigt) gebildet und ein Plasmanitridpassivierungsfilm
412 wird darüber gebildet.
Als nächstes wird gemäß Fig. 10(g) ein Plasmanitridpas
sivierungsfilm 413 auf einem vorbestimmten Bereich auf
der Oberflächenrückseite des Siliziumsubstrates 402 ge
bildet und durch eine KOH-Lösung geätzt. Zu dieser Zeit
wird das Ätzen gestoppt, wenn der Spitzenendteil der
öffnung die Oberfläche des SiO2-Filmes 403 erreicht.
Wenn ein spezifisches Muster unter Verwendung des aniso
tropen Ätzens mit einer KOH-Lösung oder dergl. geätzt
werden soll, kann eine Öffnung 414 mit einer zu der
Oberfläche des Substrates senkrechten Achse durch Bilden
einer Öffnung in dem Substrat zuerst mit einem Laser und
dann durch Ätzen erhalten werden.
Dann wird gemäß Fig. 10(h) der SiO2-Film 403 in der
Öffnung 414 mit Fluorwasserstoff entfernt und anschlie
ßend wird das polykristalline Silizium 408 durch Ätzen
mit einem Ätzmittel aus einer KOH-Lösung entfernt.
In diesem Fall beeinflußt dieses Ätzen keine anderen
Teile des Substrates, weil der Teil, in welchem das oben
erwähnte Ätzen durchgeführt wird, von dem SiO2-Film 403,
dem SiO2-Film 407 auf dem verjüngten Teil und dem Sili
ziumnitridfilm 410 umgeben ist, obwohl das polykristal
line Silizium 408 wegen des isotropen Durchführen des
Ätzens vollständig entfernt wurde.
Wie oben erläutert wurde, wird nachdem das polykristal
line Silizium 408 entfernt ist, eine Membran 415 des
Drucksensors gebildet.
In diesem Beispiel wird ein vorbestimmter Abstand U
zwischen dem äußeren peripheren Seitenoberflächenteil
des SiO2-Filmes 403 und dem äußeren peripheren Seiten
oberflächenteil des Inselteils des Siliziumhalbleiter
substrates 402, auf welchem der CMOS Schaltkreis 409 zur
Verfügung gestellt wird und ferner der CMOS Schaltkreis
409 und die Piezowiderstandsschicht 411 vollständig mit
einem isolierten Film 412 bedeckt sind und daher die
elektrische Isolierung charakteristisch in bezug auf
einen externen Teil aufrechterhalten werden kann, auch
wenn Luft oder Gas, Feuchtigkeit oder dergl. enthalten
aus der druckeinführenden Öffnung 414 eingeführt wird.
Wie in diesem Beispiel gezeigt, kann der Drucksensor
sehr klein gemacht werden und mehrere Drucksensoren
können auf einem Chip montiert werden, wobei ein Druck
sensor ohne Erhöhung der Herstellungskosten mit vielen
Funktionen zur Verfügung gestellt werden kann.
In dieser Ausführungsform ist es ferner augenscheinlich,
daß mehr als eine Insel des Halbleitersubstrates (das
Substrat, auf welches sich hier bezogen wird, ist das
Siliziumhalbleitersubstrat 402), auf welchem eine Halb
leitervorrichtung gebildet ist, existieren können und
eine Halbleitervorrichtung wie beispielsweise eine
Leistungs-MOS oder dergl. in dem Siliziumhalbleitersub
strat 402 gebildet werden können.
Fig. 10(i) zeigt eine Modifikation der fünften Ausfüh
rungsform, in welcher ein Teil 403 a des SiO2 403 dem
Teil entspricht, auf welchem eine Membran gebildet ist,
entfernt wird, bevor die Membran 415 gebildet wird, wo
bei durch Bilden der Öffnung 414 und Entfernen des
polykristallinen Siliziums 408 und die Ätzung daher in
einem Schritt mit einer KOH-Lösung, wie in Fig. 10(j)
gezeigt ist, durchgeführt werden kann.
Wie in Fig. 10(k) gezeigt ist, kann die Ätzung leicht
durchgeführt werden, wenn die Größe des Bereichs 413 a,
der auf dem Plasmanitridfilm 413 gebildet ist, bevor die
Ätzung des Siliziumhalbleitersubstrates 402 größer ist
als die des Bereiches 403 a, die auf dem SiO2-Film 403
gebildet ist, weil der Fluß des Ätzmittels verbessert
ist.
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 11(a)
bis 11(h) nachfolgend erläutert.
Die Schritte, die in den Fig. 11(a) bis 11(d) gezeigt
sind, sind dieselben wie die Schritte, die in den Fig.
10(a) bis 10(d) gezeigt sind und 501 ist ein Silizium
halbleitersubstrat vom p-Typ, bzw. 502 ist ein Sili
ziumhalbleitersubstrat, bzw. 503 ist ein SiO2-Film bzw.
504 ist ein Bereich mit n-Mulden.
Wie in Fig. 11(e) gezeigt ist, wird eine erste polykri
stalline Siliziumschicht 508 a gebildet, ein SiO2-Film
508 b mit einer Stärke von 0,1 bis 1 Mikrometer (oder ein
Siliziumnitridfilm) darauf gebildet und dann eine zweite
polykristalline Siliziumschicht 508 c auf der Oberfläche
des SiO2-Filmes 508 b gebildet.
Dann werden nacheinander wie in der fünften Ausfüh
rungsform die erste und die zweite polykristalline Sili
ziumschicht 508 a und 508 c und der SiO2-Film 508 b
gleichzeitig geschliffen, um deren Oberfläche zu glätten
und daher die Oberfläche der polykristallinen Silizium
schicht koplanar mit der Oberfläche eines Isolierfilmes
505 zu machen.
Anschließend werden eine CMOS-IC-Schaltung 509 und eine
Piezowiderstandsschicht 511 oder dergl. darauf gebildet
und dann eine druckeinführende Öffnung 514 und eine
Membran 515 gebildet, wie in Fig. 11(g) und 11(h) ge
zeigt.
In dieser Ausführungsform ist die Stabilität des für den
Drucksensor charakteristischen Ausgangs verbessert (z.B.
Verbesserung der Linearität der Beziehung zwischen dem
Druck und dem Ausgang), da ein dicker Teil 520 mit der
zweiten polykristallinen Siliziumschicht 508 c und der
SiO2-Filmschicht 508 b in einem mittleren Teil der Mem
bran 515 gebildet ist.
Die Vorrichtung kann als eine Modifikation des obigen
nicht nur als ein Drucksensor, sondern auch als ein
Vielzwecksensor benutzt werden unter Verwendung des
dicken Teiles darauf als Massenteil eines Beschleuni
gungssensors oder Vibrationssensors.
Die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 erläutert.
In dieser Ausführungsform wird eine Piezowiderstands
schicht 411 auf der Oberfläche des Siliziumnitridfilmes
410 gebildet anstelle der Bildung der polykristallinen
der polykristallinen Siliziumschicht 408 auf der Innen
seitenoberfläche des konkav ausgebildeten Teiles 406 b
wie in der fünften Ausführungsform.
In Fig. 12 werden dieselben Komponenten verwendet wie in
Beispiels 5 und sind mit denselben Bezugszeichen verse
hen und daher ist deren Erklärung weggelassen.
Eine achte Ausführungsform des Vorliegenden wird unter
Bezugnahme auf die Fig. 13(a) bis 13(e) erläutert.
Mit dieser Ausführungsform soll ein einfaches Verfahren
zum Festsetzen "des vorbestimmten Abstandes", auf den in
dieser Erfindung Bezug genommen wird erhalten werden.
Der wesentliche Teil dieses Verfahrens wird im folgenden
erklärt.
Es sei bemerkt, daß in dieser Ausführungsform, die in
den Ausführungsformen 1 bis 7 verwendeten Komponenten,
wie beispielsweise eine druckeinführende Öffnung, die
der Vertiefung entspricht, eine Piezowiderstandsschicht,
eine Halbleitervorrichtung, eine Membran oder dergl.,
verwendet werden.
Zuerst werden gemäß Fig. 13(a) ein Halbleitersubstrat
600 und ein Siliziumhalbleitersubstrat 602 über einem
SiO2-Film 601 mit einer Stärke von 0,5 bis 2 Mikrometer
dazwischen miteinander in Kontakt gebracht und dann wird
eine Halbleitervorrichtung (nicht gezeigt) in dem Sili
ziumhalbleitersubstrat 602 gebildet.
Dann wird ein Plasmanitridfilm 603 auf dem vorbestimmten
Bereich des Siliziumhalbleitersubstrates 602 gebildet,
welches als eine Maske verwendet werden soll und eine
Ätzung wird unter Verwendung des KOH Ätzmittels, wie in
Fig. 13(b) gezeigt, durchgeführt.
Zu dieser Zeit wird das Siliziumhalbleitersubstrat 602
leicht mit dem KOH-Ätzmittel geätzt und die Ätzung kann
schnell vorangetrieben werden, jedoch wird die Ätzung in
die Seitenrichtung ausgedehnt, wenn das obere Ende des
geätzten Teiles den SiO2-Film 601 erreicht, weil das
Ätzverhältnis des KOH-Ätzmittels für das SiO2 äußerst
langsam ist, verglichen mit demjenigen für das Silizium,
wodurch der verjüngte Teil 601 a, der eine geneigte
Oberfläche ist, auf dem SiO2-Film 601 gebildet ist, wie
in den Fig. 13(c) und 13(d) gezeigt ist.
Wenn das Ätzen weiter fortschreitet und der obere End
teil des geätzten Teiles auf dem Siliziumhalbleitersub
strat 600 ankommt, wird das Siliziumhalbleitersubstrat
600 unter Verwendung des verjüngten SiO2-Filmes 601 a als
eine Maske, wie in Fig. 13(e) gezeigt, geätzt.
Wenn die Ätzung mit dem Ätzmittel aus 33 Gew.-% KOH-
Lösung auf das Siliziumsubstrat mit einem Zustand, wie
in Fig. 13(b) gezeigt, d.h. schon teilweise angeätzt,
bei einer Temperatur von 82°C für 105 Minuten angewen
det wird, beträgt nach Experimenten, die von den Erfin
dern durchgeführt wurden, das Ätzverhältnis des SiO2 70
Angström/Minute und das Ätzverhältnis des Siliziums mit
der (100) Kristallfläche 170 Angström/Minute. Daher kann
man den vorbestimmten Abstand V wie in Fig. 13(e) ge
zeigt, auf ungefähr 5 Mikrometer festsetzen. Dabei um
faßt dieses Siliziumsubstrat zwei Siliziumwafer mit
einer (100) Kristallfläche, die als Siliziumhalbleiter
substrate 600 bzw. 602 verwendet werden und die einem
SiO2-Film 601 mit einer Stärke von 7000 Angström dazwi
schen aufweisen.
Es sei bemerkt, daß das Ätzmittel, welches in diesem
Beispiel verwendet wird, nicht auf das, welches oben
erläutert wurde, beschränkt ist und andere Ätzmittel
verwendet werden können, wenn das Ätzverhältnis für SiO2
kleiner ist als für Silizium, z.B. ein isotropes Ätzmit
tel, welches eine Mischung aus einer Mehrzahl von Säuren
ist; so können beispielsweise Fluorwasserstoffsäure,
Salpetersäure und Essigsäure benutzt werden.
Nach dieser Ausführungsform kann das Ätzen des Sili
ziumshalbleitersubstrates 600 und 602 und des SiO2-Fil
mes 601 gleichzeitig durchgeführt werden und der vorbe
stimmte Abstand V kann willkürlich durch Änderung der
Stärke des SiO2-Filmes oder des Ätzverhältnisses für das
Silizium und SiO2 gesteuert werden.
Der Schneidvorgang wird dann entlang der gestrichelten
Linie W durchgeführt, nachdem der in Fig. 13(e) gezeigte
Schritt vervollständigt ist und zu dieser Zeit keine
Sprünge in dem Film erscheinen, da der SiO2-Film während
des Schneidvorganges nicht beschädigt wird.
Als nächstes wird das Festsetzen des vorbestimmten Ab
standes, wie in dieser Erfindung definiert, unter Bezug
nahme auf Fig. 14 erläutert.
Wie in Fig. 14 gezeigt, werden mehrere Proben mit einem
verschiedenen vorbestimmten Abstand J des isolierten
Substrates hergestellt und deren Durchbruchsspannung
gemessen.
Die Messung wurde durchgeführt durch Anlegen einer er
forderlichen Spannung an die Proben unter Verwendung
eines "Kurvenaufnehmers" (curve-tracer) (zur Verfügung
gestellt von TECHOTRONICS Co., Ltd. Typ 577) und die
Spannung, bei welcher plötzlich 100 Mikroamper elektri
scher Strom fließt, wurde als die Durchbruchsspannung
definiert. Es sei bemerkt, daß zu dieser Zeit eine Fun
kenentladung auf dem Siliziumfilm beobachtet wurde.
Fig. 14 ist ein Diagramm, in welchem Daten der
Isolationsdurchbruchsspannungen, die so erhalten wurden,
in Bezug auf den vorbestimmten Abstand J aufgetragen
sind. Wie aus Fig. 14 ersichtlich, ist die
Isolationsdurchbruchsspannung nahezu null, d.h. ist
vollständig kurzgeschlossen, wenn J=0 Mikrometer ist,
jedoch wenn der vorbestimmte Abstand J mehr als 2
Mikrometer ist und die Stärke des Siliziumfilmes 701 0,7
Mikrometer ist, beträgt die durchschnittliche
Isolationsdurchbruchsspannung 280 V und damit ist
festgestellt, daß das Siliziumsubstrat 703 von dem
Siliziumsubstrat 702 durch die Isolierschicht isoliert
ist.
Ferner wird die Messung durchgeführt unter der
Bedingung, in welcher die Seitenoberfläche 704 der Sili
ziumschicht 703 wie in Fig. 14 gezeigt der Luft ausge
setzt ist, jedoch wenn die Seitenoberfläche 704 mit ei
nem SiO2-Film oder dergl. überdeckt ist, dann wird die
Isolationsdurchbruchsspannung weiter gesenkt.
In den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfin
dung umfaßt das Trägermaterial zum Tragen einer halb
leiterdruckumwandelnden Vorrichtung eines Halbleiter
drucksensors mit einem Siliziumhalbleitersubstrat ein
Silizium, welches aus demselben Material wie das Sub
strat ist oder ein "PYREX"-(Warenzeichen) Glas mit einem
ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das
Silizium. Wenn jedoch das Trägermaterial aus Silizium
gemacht ist, liegt kein Unterschied im thermischen Aus
dehnungskoeffizienten des Trägermaterials und des Sen
sors vor und da ein Lot, ein eutektischer Kristall von
Au-Si, einem Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt oder
dergl. als ein Haftmittel zwischen dem Trägermaterial
und der Membran zum hermetischen Abschließen verwendet
wird, wobei die thermische Spannung, die durch das
Haftmittel verursacht wird, eine Ursache zur Verminde
rung der Meßgenauigkeit des Drucksensors wird.
Wenn jedoch das "PYREX"-(Warenzeichen) Glas als ein
Trägermaterial verwendet wird, gibt es keine Verminde
rung der Druckmeßgenauigkeit, wenn ein anodisches Bon
ding zum hermetischen Abschließen durchgeführt wird und
kein Haftmittel verwendet wird. Nichtsdestoweniger tritt
ein anderes Problem derart auf, daß die Genauigkeit
durch die Beeinflussung einer thermischen Spannung von
ungefähr 1 u Dehnungsbelastung /100°C, bewirkt durch
den Unterschied des linearen Ausdehnungskoeffizienten
des Siliziums und des Glases (ungefähr 1 × 10-7/°C),
vermindert wird.
Andererseits weist eine Natriumborverbindung, eine der
Komponenten des "PYREX"-Glases im allgemeinen eine
hygroskopische Eigenschaft auf und daher absorbiert es
Feuchtigkeit, wobei das Trägermaterial deformiert wird,
wenn es mit dem Drucksensor in einer Feuchtatmosphäre
verwendet wird, und folglich tritt ein anderes Problem
derart auf, daß die Ausgangscharakteristik des Sensors
instabil wird.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung ein spezieller
Verbindungsaufbau zwischen dem Drucksensor und einem
Trägermaterial , um die oben erläuterten Schwierigkeiten
zu überwinden, nachfolgend im Detail beschrieben.
Nämlich ein Halbleiterdrucksensor ist auf ein Trägerma
terial mit einer dazwischen angeordneten Isolierschicht
angeheftet, wobei diese Schicht einen Verunreinigung
enthaltenden Bereich mit beweglichen Ionen darin auf
weist und der Verunreinigung enthaltende Bereich in der
Bereich in der Isolierschicht derart gebildet wird, daß
kein direkter Kontakt dieses Bereiches mit der den
Drucksensor umgebenden Atmosphäre besteht.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die thermische Spannung
vermindert und die Feuchtigkeitsabsorption durch dessen
verbundenen Teil wird verhindert, sogar wenn sie in ei
ner feuchten Atmosphäre verwendet wird.
In dieser Ausführungsform kann jede Art des Drucksensors
als das Druckmeßmittel verwendet werden, jedoch wird
vorzugsweise der Drucksensor verwendet, der in den obi
gen Ausführungsformen in dieser Vorrichtung verwendet
wird.
Ferner kann in dieser Ausführungsform die Isolierschicht
mit einem Verunreinigung enthaltenden Bereich, beweg
liche Ionen darin einschließend, auf einer Oberfläche
des Trägermaterials, auf welchem der Halbleiterdruck
sensor montiert ist, oder auf einer Bodenoberfläche des
Halbleiterdrucksensors gebildet werden.
Das Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
mit einem Trägermaterial, wie oben beschrieben, wird
unter Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 21 erläutert.
Die Fig. 15(a) bis 15(i) sind Querschnittsansichten, die
nacheinander die Herstellungschritte des Halbleiter
drucksensors dieser Ausführungsform zeigen.
Zuerst wird wie in dem Schritt, der in Fig. 15(a) ge
zeigt ist, ein Siliziumeinkristallsubstrat 151 vom n-Typ
mit einer (100) Kristallfläche und einem Widerstand von
2 bis 10 0hm · cm thermisch in einer trockenen
Sauerstoffatmosphäre oxidiert, um thermisch oxidierte
Filme (SiO2) 153 und 155 mit einer Stärke von ungefähr
1000 Angström zu bilden.
Als nächstes wird in dem in Fig. 15(b) gezeigten Schritt
wenigstens eine Piezowiderstandsschicht 157 durch Im
plantieren von Ionen, wie beispielsweise Bor oder dergl.
durch ein Ionenimplantierverfahren gebildet.
Dann wird gemäß dem in Fig. 15(c) gezeigten Schritt der
thermische Oxidationsvorgang auf der Oberfläche des
thermisch oxidierten Filmes weiter durchgeführt, um den
thermisch oxidierten Film (SiO2) 153 und 155 auf eine
Stärke von 5000 Angström bis 1 Mikrometer zu bringen,
gefolgt von der Bildung einer Kontaktöffnung auf dem
thermisch oxidierten Film, um eine Al-Verbindungsschicht
159 dort zur Verfügung zu stellen.
Danach wird in dem Schritt, der in Fig. 15(d) gezeigt
ist, nach Entfernung vorbestimmter Teile des thermisch
oxidierten Filmes 155 durch Ätzung mit einer Flußsäure-
(HF)-Lösung ein Membranteil 161 durch Ätzen des Sili
ziumeinkristallsubstrates 151 durch ein anisotropes
Ätzverfahren unter Verwendung einer KOH-Lösung gebildet,
wobei der verbleibende thermisch oxidierte Film 155 auf
dem Siliziumsubstrat 151 als eine Maske verwendet wird.
Nachfolgend wird, wie in Fig. 15(e) gezeigt, die Druck
umwandlungsvorrichtung durch Entfernen des thermisch
oxidierten Filmes 151 durch Ätzen mit einer Flußsäu
re-(HF)-Lösung oder dergl. vervollständigt.
Dann wird in dem Schritt, der in Fig. 15(f) gezeigt
ist, eine Oberfläche des Siliziumeinkristallsubstrates
163 vom n-Typ mit einer (100) Kristallfläche, einem Wi
derstand von 2 bis 10 0hm · cm und einer Stärke von 2 mm
bis 5 mm, welches als ein Trägermaterial für den Sensor
verwendet werden soll, auf ein Spiegelfinish poliert und
anschließend ein thermisch oxidierter Film (SiO2) 165
mit einer Stärke von 0,5 bis 2 Mikrometer als ein iso
lierender Film durch ein thermisches Oxidationsverfahren
gebildet.
Dann werden in dem Schritt, der in Fig. 15(g) gezeigt
ist, Resistmuster 167 in vorbestimmten Bereichen auf der
Oberfläche des Oxidfilmes 165 unter Verwendung eines
gewöhnlichen fotolithografischen Verfahrens gebildet und
nachfolgend die Bereiche, welche Verunreinigungen 169
einschließen, in dem thermisch oxidierten Film 165 durch
Implantieren von Na⁺-Ionen darin gebildet. (In diesem
Verfahren kann jede Ionenart verwendet werden, jedoch
wird als das Ion, welches darin implantiert wird, Na⁺,
K⁺, Li⁺ oder dergl. vorzugsweise verwendet.)
Als nächstes wird in dem Schritt, der in Fig. 15(h) ge
zeigt ist, nachdem die Resiste entfernt sind, eine
druckmediumeinführende Öffnung 171, die das Substrat und
den Oxidfilm durchdringt, durch Ultraschallbehandlung
oder dergl. gebildet.
Dann werden, wie in Fig. 15(i) gezeigt, die Druckwand
lungsvorrichtung gemäß Fig. 15(e) und das Trägermaterial
gemäß Fig. 15(h) durch ein gewöhnliches anodisches Bon
dingverfahren miteinander in Kontakt gebracht.
Dieses anodische Bondingverfahren wird derart durchge
führt, daß, nachdem beide Komponenten miteinander in
Kontakt gebracht werden, eine elektrische Spannung daran
angelegt wird, so daß die Druckumwandlungsvorrichtung
als eine Anode benutzt wird, wie in Fig. 21 gezeigt ist,
und beide Komponenten einer thermischen Behandlung durch
den Heizer 216 bei Temperaturen von 300°C bis 500°C
unterzogen werden.
Gemäß Fig. 21 werden eine elektrische Quelle 210, eine
Anode 212, eine Kathode 214 und eine elektrische Quelle
für den Heizer 218 zur Verfügung gestellt und ferner
eine metallisierte Schicht 173, gebildet durch ein Me
tallbeschichtungsverfahren, ein Vakuumabscheideverfahren
oder dergl. auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrates
163, dessen Oberfläche gegenüberliegend, auf welcher der
thermisch oxidierte Film 154 gebildet wird, zur Verfü
gung gestellt, um eine elektrische Leitung zu erhalten,
wenn das anodische Bonding durchgeführt wird.
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht einer Anwendungs
form des Drucksensors, der in Übereinstimmung mit der
neunten Ausführungsform hergestellt wird.
In Fig. 16 werden vier Piezowiderstandsvorrichtungen 157
(nicht gezeigt) an vorbestimmten Stellen auf der Membran
161 zur Verfügung gestellt und elektrisch miteinander
verbunden, um eine volle Brückenverbindung zu bilden und
ferner elektrisch mit dem Endteil des hermetisch
verschlossenen Anschlusses 175 durch den Verbindungs
draht 173, der aus Aluminium gemacht ist, verbunden.
Das Trägermaterial 163 ist an einer vorbestimmten Stelle
eines Stammes 181 aus "KOVAL" (Warenzeichen) angeheftet,
welches mit einer Leitung zum Einführen des Druckme
diums 177 darin und einem hermetisch abgeschlossenen
Teil 179 durch ein Metallbeschichtungsverfahren ange
heftet.
Ein aus Eisen gefertigter Aufsatz 183 ist ebenfalls her
metisch verbunden mit dem äußeren peripheren Teil 185
des Stammes 181 durch ein Projetionsschweißverfahren, um
eine Druckreferenzzelle in einem Bereich, der von dem
Aufsatz 183 und dem Stamm 181 umgeben ist, zu bilden.
In dieser Ausführungsform wird die Membran 161 defor
miert, um eine Änderung im Widerstand der Piezowider
standsvorrichtung 157 entsprechend der Belastung darauf
zu bewirken und ein elektrisches Signal, welches jener
Belastung entspricht, wird durch den Sensor über den
hermetisch verschlossenen Anschluß 175 ausgegeben, wenn
ein Druck an diesem Sensor in der Richtung, die durch
einen Pfeil gezeigt ist, angelegt wird.
Wie oben erläutert, gibt es nach dieser Ausführungsform
keinen Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten
der druckumwandelnden Vorrichtung und dem Trägermate
rial, da sowohl die Druckumwandlungsvorrichtung und de
ren Trägermaterial aus demselben Material wie z. B. Si
lizium hergestellt sind und kein Haftmittel dazwischen
verwendet wird und daher eine thermische Spannungsbelas
tung, die durch solch einen Unterschied bewirkt wird,
nicht erzeugt wird.
Diese Wirkung kann erhalten werden durch Verbinden des
Siliziums beider Komponenten unter Verwendung des ano
dischen Bondingverfahrens durch Implantieren von Na⁺-
Ionen darin ohne ein Haftmittel zu verwenden, wenn die
Siliziumkomponenten miteinander verbunden werden.
Ferner wird in dieser Ausführungsform wenig thermische
Spannungsbelastung erzeugt, auch wenn eine Veränderung
der Temperatur von z.B. ungefähr 100°C vorkommt, weil
die Stärke des Siliziumträgermaterials dick ist, d.h. 2
bis 5 mm und die Stärke des thermischen Oxidfilms 165
dünn ist, z.B. 0,5 bis 2 Mikrometer.
Des weiteren sind in dieser Ausführungsform die Sili
ziumkomponenten durch das anodische Bondingverfahren
verbunden, während der Bereich 169 gebildet wird, der
Verunreinigungen darin durch Einführen von Ionen in den
thermisch oxidierten Film enthält anstelle von Verbinden
der Siliziumkomponenten mit einem Haftmittel oder
"PYREX"-Glas, wobei der Bereich 169, welcher Verunrei
nigungen darin enthält, durch den thermisch oxidierten
Film 165 umgeben ist, ohne die Verunreinigungen darin
einzuschließen, wie in Fig. 15 gezeigt wobei der Bereich
169, welcher Verunreinigungen darin enthält, der Atmos
phäre nicht ausgesetzt ist. Deshalb wird das Trägerma
terial nicht durch dessen Feuchtigkeitabsorption defor
miert, wenn diese Vorrichtung in einer Feuchtatmosphäre
verwendet wird, wie wenn "PYREX"-Glas als das Trägerma
terial verwendet wird.
Ferner wird in dieser Ausführungsform der thermisch
oxidierte Film 165 auf der Oberfläche des Siliziumsub
strates 163, der mit einem Spiegelfinish
versehen wurde, durch das thermische Oxidationsverfahren
gebildet und daher ist die gesamte Oberfläche glatt und
deshalb kann der Kontakt zwischen der Oberfläche des
thermisch oxidierten Filmes 165, der keine Verunreini
gungen einschließt und dem Siliziumeinkristallsubstrat
151 durch das Direktverbindungsverfahren in einem sol
chen Ausmaß aufrechterhalten werden, daß die erhaltene
Klebekraft
schwächer ist als jene, die durch das anodische Bon
dingverfahren erhalten wird, jedoch nichtsdestoweniger
zur tatsächlichen Verwendung ausreichend ist.
Dieses Ergebnis wird erhalten, wenn die Vorrichtung
unter Verwendung einer Temperatur von 300 bis 500°C
behandelt wird und eine elektrische Spannung während des
anodischen Bondings daran angelegt wird.
In dieser Ausführungsform wird die SiO2-Schicht 165, den
Verunreinigung enthaltenden Bereich 169 einschließend,
auf der Oberfläche des Trägermaterials gebildet, obwohl,
wie in Fig. 17 gezeigt, dieselben Komponenten durch das
anodische Bondingverfahren miteinander in Kontakt ge
bracht werden können , nachdem die SiO2-Schicht 187, den
Verunreinigung enthaltenden Bereich 189 einschließend,
auf der Oberfläche der Druckumwandlungsvorrichtung ge
bildet wird. Zu dieser Zeit kann die elektrische Span
nung durch Verwenden der Druckumwandlungsvorrichtung als
eine Kathode angelegt werden und wenn dieser Drucksensor
in einer relativ trockenen Atmosphäre verwendet werden
soll, kann der Verunreinigung enthaltende Bereich 191
auf der Bodenoberfläche des Siliziumsubstrates 151 durch
Implantieren der beweglichen Ionen in dessen gesamte
Oberfläche, wie in Fig. 18 gezeigt, gebildet werden. Zu
jener Zeit kann der Verunreinigung enthaltende Bereich
191 auf der Oberfläche des Trägermaterials gebildet
werden.
Weiter werden in dieser Ausführungsform Na⁺-Ionen in den
SiO2-Film implantiert, aber andere Verfahren wie bei
spielsweise in Diffusionsverfahren oder dergl. können
benutzt werden und weiterhin kann das Verhältnis der
Verunreinigungen in dem Verunreinigung enthaltenden Be
reich so eingestellt werden, daß es dasselbe ist, wie
das von "PYREX"-Glas mit einem ähnlichen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten wie das Silizium durch Implan
tieren von Verunreinigungen, wie beispielsweise Bor oder
dergl. darin.
Die Belastung erfassende Vorrichtung ist nicht nur auf
den Piezowiderstand beschränkt sondern eine andere Vor
richtung wie beispielsweise ein MOS-Transistor oder
dergl. kann verwendet werden.
In dieser Ausführungsform wird der thermisch oxidierte
Film 165 durch thermische Oxidation gebildet, jedoch
kann er durch ein bekanntes CVD-Verfahren gebildet wer
den und ferner ist solch ein Isolierfilm nicht nur auf
den SiO2-Film beschränkt und ein anderer Isolierfilm wie
ein Nitridfilm oder nitrierter Oxidfilm (gebildet durch
Nitrieren des thermischen Oxidfilms in NH3-Gas kann an
stelle des Oxidfilmes verwendet werden.
Als nächstes wird die zehnte Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 19 erläu
tert.
In dieser Ausführungsform wird die Druckreferenzzelle
193 im Unterschied zu der neunten Ausführungsform ohne
Bildung der druckeinführenden Öffnung in das Substrat
gebildet.
Folglich kann in dieser Ausführungsform der SiO2-Film
197, der den Verunreinigung enthaltenden Bereich 195 vor
externer Feuchtigkeit schützt, nur auf dem äußeren per
ipheren Teil der Vorrichtung zur Verfügung gestellt
werden.
Fig. 20 zeigt eine Modifikation der Drucksensorvorrich
tung, die in Fig. 19 gezeigt ist, in welcher der Verun
reinigung enthaltende Bereich 195 nicht auf der Ober
fläche des Substrates 163 und der Druckreferenzzelle 193
gegenüberliegend gebildet ist. In Fig. 20 sind dieselben
Bauteile, die in Fig. 19 verwendet werden, mit denselben
Bezugszeichen versehen.
In dieser Modifikation wird in dem Drucksensor die Er
zeugung thermischer Spannungsbelastung, die durch den
verbindenden Teil zwischen der Halbleiterdruckumwand
lungsvorrichtung und dem Trägermaterial bewirkt wird,
vermindert und ferner absorbiert der kontaktierende Teil
keine Feuchtigkeit, auch wenn er in einer Feuchtatmos
phäre verwendet wird, weil der Verunreinigung enthal
tende Bereich derart gebildet ist, daß kein Kontakt
zwischen ihm und der Substanz, die den Halbleiterdruck
sensor umgibt, herrscht.
Ferner kann in dieser Ausführungsform der Verunreinigung
enthaltende Bereich auf jeder gewünschten Fläche der
Hauptoberfläche des thermisch oxidierten Filmes des Si
liziumsubstrates gebildet werden, obwohl der Verunrei
nigung enthaltende Bereich durch Einführen der beweg
lichen Ionen in den vorbestimmten Bereich der Hauptober
fläche des thermisch oxidierten Filmes des Siliziumsub
strates gebildet wird.
Claims (22)
1. Halbleiterdrucksensor mit:
einem Halbleitersubstrat mit einem ersten Halblei terbereich, in welchem wenigstens eine Halbleiter vorrichtung gebildet ist, einem zweiten Halbleiter bereich und einer versenkten bzw. bedeckten Iso lierschicht, die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist,
einer Vertiefung, die in dem zweiten Halbleiterbe reich vorgesehen ist und deren Öffnung die Haupt oberfläche des zweiten Halbleiterbereiches erreicht und
einem Belastung erfassenden Teil, der die Halblei tervorrichtung umfaßt und in dem ersten Halbleiter bereich der Vertiefung gegenüberliegend vorgesehen ist, wobei der Halbleiterdrucksensor dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine der peripheren Seitenoberflächen des ersten und des zweiten Halbleiterbereiches an der Innenseite einer äußersten peripheren Seitenoberfläche der Isolier schicht angeordnet ist.
einem Halbleitersubstrat mit einem ersten Halblei terbereich, in welchem wenigstens eine Halbleiter vorrichtung gebildet ist, einem zweiten Halbleiter bereich und einer versenkten bzw. bedeckten Iso lierschicht, die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist,
einer Vertiefung, die in dem zweiten Halbleiterbe reich vorgesehen ist und deren Öffnung die Haupt oberfläche des zweiten Halbleiterbereiches erreicht und
einem Belastung erfassenden Teil, der die Halblei tervorrichtung umfaßt und in dem ersten Halbleiter bereich der Vertiefung gegenüberliegend vorgesehen ist, wobei der Halbleiterdrucksensor dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine der peripheren Seitenoberflächen des ersten und des zweiten Halbleiterbereiches an der Innenseite einer äußersten peripheren Seitenoberfläche der Isolier schicht angeordnet ist.
2. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Abstand zwischen der äußeren
peripheren Seitenoberfläche des ersten und zweiten
Halbleiterbereiches auf einen vorbestimmten Wert
festgesetzt ist, so daß der Abstand die Stärke der
Isolierschicht übersteigt.
3. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung, die den
Belastung erfassenden Teil umfaßt, eine Piezowider
standsschicht ist.
4. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand erhalten
wird durch Ausbildung der äußeren peripheren Seiten
oberfläche der Isolierschicht in einer verjüngten
Bauweise.
5. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Vertiefung direkt auf die
Rückseite des Belastung erfassenden Teiles durch den
ersten und zweiten Halbleiterbereich hindurch aus
gedehnt ist.
6. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der erste Halbleiterbereich aus
einem Einkristallhalbleiter hergestellt ist.
7. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die periphere Seitenoberfläche im
Abstand von mindestens zwei Mikrometern der äußer
sten peripheren Seitenoberfläche der Isolier
schicht auf deren Innenseite angeordnet ist.
8. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine polykristalline Silizium
schicht auf einer Rückseitenoberfläche des Belastung
erfassenden Teiles vorgesehen ist und die Vertiefung
ist.
9. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Halbleiterdrucksensor durch
ein anodisches Bondingverfahren an ein Trägermate
rial angeheftet ist.
10. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Halbleiterdrucksensor an ein
Trägermaterial angeheftet ist und daß eine Isolier
schicht mit einem Verunreinigungsbereich, bewegliche
Ionen einschließend, dazwischen angeordnet ist und
daß der Verunreinigungbereich der Isolierschicht
derart angeordnet ist, daß sie nicht in direktem
Kontakt mit der Atmosphäre steht, die in die Umge
bung des Drucksensors eingeführt wird.
11. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Trägermaterial aus Silizium
hergestellt ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterdruck
sensors, insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 11,
die folgenden Schritte umfassend:
In-Kontakt-bringen eines ersten Halbleitersubstrates und eines zweiten Halbleitersubstrates miteinander mit einer Isolierschicht dazwischen, die auf einer Oberfläche wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleitersubstrate gebildet ist;
Ätzen einer Hauptoberfläche des ersten Halbleiter substrates, um dessen Stärke zu vermindern;
Bilden wenigstens einer Halbleitervorrichtung in dem ersten Halbleitersubstrat;
Bilden wenigstens einer Vertiefung, welche sich in das zweite Halbleitersubstrat von dessen Hauptober fläche aus erstreckt;
Bilden mindestens eines Belastung erfassenden Teiles in dem ersten Halbleitersubstrat, der Vertiefung gegenüberliegend;
Ätzen wenigstens einer der äußeren peripheren Sei tenoberflächen des ersten und zweiten Halbleiter substrates, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dessen äußerer peripheren Seitenoberfläche und jener der Isolierschicht zur Verfügung zu stellen, um die Belastung erfassenden Teile voneinander zu trennen.
In-Kontakt-bringen eines ersten Halbleitersubstrates und eines zweiten Halbleitersubstrates miteinander mit einer Isolierschicht dazwischen, die auf einer Oberfläche wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleitersubstrate gebildet ist;
Ätzen einer Hauptoberfläche des ersten Halbleiter substrates, um dessen Stärke zu vermindern;
Bilden wenigstens einer Halbleitervorrichtung in dem ersten Halbleitersubstrat;
Bilden wenigstens einer Vertiefung, welche sich in das zweite Halbleitersubstrat von dessen Hauptober fläche aus erstreckt;
Bilden mindestens eines Belastung erfassenden Teiles in dem ersten Halbleitersubstrat, der Vertiefung gegenüberliegend;
Ätzen wenigstens einer der äußeren peripheren Sei tenoberflächen des ersten und zweiten Halbleiter substrates, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dessen äußerer peripheren Seitenoberfläche und jener der Isolierschicht zur Verfügung zu stellen, um die Belastung erfassenden Teile voneinander zu trennen.
13. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Schritt des Bildens der Halbleitervorrichtung in dem
ersten Halbleitersubstrat eine Piezowiderstands
schicht, die als eine Belastung erfassende Vorrich
tung wirkt, in dem ersten Halbleitersubstrat
vorgesehen wird.
14. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Ätzschritt zum Ätzen von dessen äußerer peripherer
Seitenoberfläche das Ätzen gleichzeitig sowohl der
Isolierschicht als auch einer der ersten und zweiten
Halbleitersubstrate durchgeführt wird unter Verwen
dung eines Ätzmittels mit einem Ätzverhältnis, wel
ches in Bezug auf die Isolierschicht langsamer ist
als in bezug auf eines der beiden ersten und zweiten
Halbleitersubstrate.
15. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
vorbestimmte Abstand wenigstens zwei Mikrometer be
trägt.
16. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Mehrzahl von Einheiten des Drucksensors, den Bela
stung erfassenden Teil darin einschließend, gleich
zeitig in demselben Substrat gebildet werden und
jede Einheit von der anderen durch Schneiden des
geätzten Teiles, der in dem letzten Ätzschritt ge
bildet wird, voneinander getrennt wird.
17. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schneidvorgang derart ausgeführt wird, daß eine
Schicht, die ein Wachsmaterial und eine keramische
Platte umfaßt, auf der Oberfläche des ersten Halb
leitersubstrates zur Verfügung gestellt wird und der
Ätzvorgang auf die Oberfläche des zweiten Halb
leitersubstrates angewendet wird.
18. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verfahren ferner die folgenden Schritte umfaßt:
Bilden einer Isolierschicht auf einer ganzen Ober fläche des ersten Halbleitersubstrates,
Bilden einer Öffnung auf dem Bodenteil jeder insbesondere rillenförmigen Vertiefung, die mit dem zweiten Halbleitersubstrat in Kontakt ist,
Füllen von polykristallinem Silizium in jede rillen förmige Vertiefung,
Bilden einer leitenden Verbindung auf der Oberfläche jedes polykristallinen Siliziums, welches in jeder rillenförmigen Vertiefung zur Verfügung gestellt wird, um einen elektrischen Kontakt mit dem zweiten Substrat zur Verfügung zu stellen,
Montieren des Drucksensors, eine Mehrzahl von dessen Einheiten einschließend, auf einem Trägermaterial und Festhalten daran durch ein anodisches Bondingsverfahren, bei welchem eine elektrische Spannung zwischen dem ersten Halbleitersubstrat und dem Trägermaterial angelegt wird, und
Trennen der Einheiten durch Schneiden derselben an den rillenförmigen Vertiefungen.
Bilden einer Isolierschicht auf einer ganzen Ober fläche des ersten Halbleitersubstrates,
Bilden einer Öffnung auf dem Bodenteil jeder insbesondere rillenförmigen Vertiefung, die mit dem zweiten Halbleitersubstrat in Kontakt ist,
Füllen von polykristallinem Silizium in jede rillen förmige Vertiefung,
Bilden einer leitenden Verbindung auf der Oberfläche jedes polykristallinen Siliziums, welches in jeder rillenförmigen Vertiefung zur Verfügung gestellt wird, um einen elektrischen Kontakt mit dem zweiten Substrat zur Verfügung zu stellen,
Montieren des Drucksensors, eine Mehrzahl von dessen Einheiten einschließend, auf einem Trägermaterial und Festhalten daran durch ein anodisches Bondingsverfahren, bei welchem eine elektrische Spannung zwischen dem ersten Halbleitersubstrat und dem Trägermaterial angelegt wird, und
Trennen der Einheiten durch Schneiden derselben an den rillenförmigen Vertiefungen.
19. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schritte des Füllens von polykristallinem Silizium
in jede rillenförmige Vertiefung und Bilden einer
leitenden Verbindung auf der Oberfläche jedes poly
kristallinen Siliziums ersetzt werden durch einen
Schritt des Bildens einer Elektrode wenigstens an
der Bodenoberfläche der rillenförmigen Vertiefung
aus einer leitenden Verbindung, die als eine Elek
trode für ein anodisches Bondingverfahren verwendet
werden soll.
20. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors,
welches die folgenden Schritte umfaßt.
In-Kontakt-Bringen eines ersten Halbleitersubstrates und eines zweiten Halbleitersubstrates miteinander mit einer Isolierschicht dazwischen, gebildet auf der Oberfläche wenigstens einer der Halbleitersub strate;
Ätzen der Hauptoberfläche des ersten Halbleitersub strates, um dessen Stärke zu vermindern;
Ätzen einer Mehrzahl von Teilen des dickenverminder ten ersten Halbleitersubstrates, um vertieft ausge bildete Teile zu bilden, an welchen an wenigstens einem der vertieft ausgebildeten Teile ein Belastung erfassender Teil in einem späteren Schritt ausge bildet wird und dessen verbleibende insbesondere rillenförmigen Vertiefungen in dem später angewen deten Schneidvorgang verwendet werden, um die Halb leitersubstrate an den vertieft ausgebildeten Teilen zu schneiden und die äußeren peripheren Sei tenoberflächen des ersten Halbleitersubstrates zu bilden, um sie von den äußeren peripheren Seiten oberflächen der Isolierschicht durch einen vorbe stimmten Abstand zurückzusetzen;
Bilden einer Isolierschicht auf einer ganzen Ober fläche des ersten Halbleitersubstrates;
Füllen eines polykristallinen Siliziums in jeden der vertieft ausgebildeten Teile durch Bilden der poly kristallinen Siliziumschicht auf einer ganzen Ober fläche des ersten Halbleitersubstrates;
Vermindern der Stärke der polykristallinen Sili ziumschicht von einer Oberfläche, die koplanar mit der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates ist;
Bilden eines Belastung erfassenden Teiles auf einer der Oberflächen des polykristallinen Siliziums, welche in dem vertieft ausgebildeten Teil, nachdem eine Isolierschicht auf dem polykristallinen Sili zium gebildet ist, vorgesehen wird;
Bilden einer Vertiefung durch Ätzen in dem zweiten Halbleitersubstrat von dessen Hauptoberfläche aus durch das zweite Halbleitersubstrat hindurch, welche sich direkt zu dem Bodenteil des vertieft ausgebil deten Teiles erstreckt, auf welchem der Belastung erfassende Teil vorgesehen wird, und
Entfernen des polykristallinen Siliziums von dem vertieft ausgebildeten Teil durch die Vertiefung.
In-Kontakt-Bringen eines ersten Halbleitersubstrates und eines zweiten Halbleitersubstrates miteinander mit einer Isolierschicht dazwischen, gebildet auf der Oberfläche wenigstens einer der Halbleitersub strate;
Ätzen der Hauptoberfläche des ersten Halbleitersub strates, um dessen Stärke zu vermindern;
Ätzen einer Mehrzahl von Teilen des dickenverminder ten ersten Halbleitersubstrates, um vertieft ausge bildete Teile zu bilden, an welchen an wenigstens einem der vertieft ausgebildeten Teile ein Belastung erfassender Teil in einem späteren Schritt ausge bildet wird und dessen verbleibende insbesondere rillenförmigen Vertiefungen in dem später angewen deten Schneidvorgang verwendet werden, um die Halb leitersubstrate an den vertieft ausgebildeten Teilen zu schneiden und die äußeren peripheren Sei tenoberflächen des ersten Halbleitersubstrates zu bilden, um sie von den äußeren peripheren Seiten oberflächen der Isolierschicht durch einen vorbe stimmten Abstand zurückzusetzen;
Bilden einer Isolierschicht auf einer ganzen Ober fläche des ersten Halbleitersubstrates;
Füllen eines polykristallinen Siliziums in jeden der vertieft ausgebildeten Teile durch Bilden der poly kristallinen Siliziumschicht auf einer ganzen Ober fläche des ersten Halbleitersubstrates;
Vermindern der Stärke der polykristallinen Sili ziumschicht von einer Oberfläche, die koplanar mit der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates ist;
Bilden eines Belastung erfassenden Teiles auf einer der Oberflächen des polykristallinen Siliziums, welche in dem vertieft ausgebildeten Teil, nachdem eine Isolierschicht auf dem polykristallinen Sili zium gebildet ist, vorgesehen wird;
Bilden einer Vertiefung durch Ätzen in dem zweiten Halbleitersubstrat von dessen Hauptoberfläche aus durch das zweite Halbleitersubstrat hindurch, welche sich direkt zu dem Bodenteil des vertieft ausgebil deten Teiles erstreckt, auf welchem der Belastung erfassende Teil vorgesehen wird, und
Entfernen des polykristallinen Siliziums von dem vertieft ausgebildeten Teil durch die Vertiefung.
21. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors
nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt des Füllens von polykristallinem Silizium
in jeden vertieft ausgebildeten Teil ersetzt wird
durch die Schritte des Bildens einer ersten Schicht
aus einer polykristallinen Siliziumschicht auf einer
ganzen Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates,
Bilden einer Isolierschicht auf der ersten Schicht
der polykristallinen Siliziumschicht und Bilden ei
ner zweiten Schicht aus einer polykristallinen Si
liziumschicht auf einer ganzen Oberfläche der Iso
lierschicht, so daß wenigstens Teile jeder ersten
und zweiten polykristallinen Siliziumschicht inner
halb des vertieft ausgebildeten Teils existieren,
und Verminderung der Stärke der ersten und zweiten
polykristallinen Siliziumschicht bis auf eine Ober
fläche, die koplanar ist mit der Oberfläche des
ersten Halbleitersubstrates, damit die erste und
zweite polykristalline Siliziumschicht und die Iso
lierschicht in dem vertieft ausgebildeten Teil ver
bleiben, und der Schritt des Enfernens des polykri
stallinen Siliziums aus dem vertieft ausgebildeten
Teil ersetzt wird durch den Schritt des Entfernens
der ersten Schicht des polykristallinen Siliziums.
22. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors,
die folgenden Schritte umfassend:
Bilden einer Halbleiterdruckumwandlungsvorrichtung durch Vorsehen eines Membranteiles und eines Belastung erfassenden Teiles auf dem ersten Siliziumsubstratsiliziumhalbleiter,
Vorbereiten des zweiten Siliziumsubstrates als ein Trägermaterial der Halbleiterdruckumwandlungsvor richtung,
Bilden eines Isolierfilmes auf einer Hauptoberfläche eines jeden ersten und zweiten Siliziumsubstrates,
Bilden eines Verunreinigung enthaltenden Bereiches in einem vorbestimmten Teil des Isolierfilmes, ge bildet auf der Hauptoberfläche eines jeden ersten und zweiten Siliziumsubstrates durch Einführen eines beweglichen Iones darin, und
In-Kontakt-Bringen des ersten Siliziumsubstrates und des zweiten Siliziumsubstrates miteinander mit dem Verunreinigung enthaltenen Bereich dazwischen durch ein anodisches Bondingverfahren.
Bilden einer Halbleiterdruckumwandlungsvorrichtung durch Vorsehen eines Membranteiles und eines Belastung erfassenden Teiles auf dem ersten Siliziumsubstratsiliziumhalbleiter,
Vorbereiten des zweiten Siliziumsubstrates als ein Trägermaterial der Halbleiterdruckumwandlungsvor richtung,
Bilden eines Isolierfilmes auf einer Hauptoberfläche eines jeden ersten und zweiten Siliziumsubstrates,
Bilden eines Verunreinigung enthaltenden Bereiches in einem vorbestimmten Teil des Isolierfilmes, ge bildet auf der Hauptoberfläche eines jeden ersten und zweiten Siliziumsubstrates durch Einführen eines beweglichen Iones darin, und
In-Kontakt-Bringen des ersten Siliziumsubstrates und des zweiten Siliziumsubstrates miteinander mit dem Verunreinigung enthaltenen Bereich dazwischen durch ein anodisches Bondingverfahren.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3943859A DE3943859B4 (de) | 1988-06-08 | 1989-06-08 | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterdrucksensors |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63305061A JP2782743B2 (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
JP9687289A JP2876617B2 (ja) | 1988-06-08 | 1989-04-17 | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE3918769A1 true DE3918769A1 (de) | 1989-12-14 |
DE3918769C2 DE3918769C2 (de) | 2001-12-13 |
Family
ID=27511379
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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