DE3918769C2

DE3918769C2 - Halbleiterdrucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3918769C2
Application number: DE3918769A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Fujii; Yoshitaka Gotoh; Susumu Kuroyanagi; Osamu Ina
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2009-06-09
Also published as: DE3918769A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterdrucksensor gemäß Anspruch 1, der im wesentlichen unempfindlich gegenüber elektrischen Störungen ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß den Ansprüchen 12 und 20.

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 61-239 675 offenbart einen Halbleiterdrucksensor wie in Fig. 15 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. 15 gezeigt ist, werden in dem Halbleiter drucksensor weiter eine leitende Metallschicht 804 und eine Isolierschicht 806 zur Verfügung gestellt.

In dem in Fig. 15 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 äus seren 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 aufgrund 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.

Die Offenlegungsschrift DE 32 04 602 A1 beschreibt ei nen Silicium-Membran-Druck-Meßumformer sowie ein Verfah ren zu dessen Herstellung. Dabei werden in einem Silici um-Membranplättchen mehrere spannungskonzentrierende Druck-Membranen eingeätzt. Auf dem Silicium-Membran plättchen ist eine durch Diffusion vereinigte Schicht aus Boroxid und Siliciumdioxid angeordnet, auf welcher wie derum, jedoch in einem Abstand zum Rand des Silicium-Mem branplättchen, eine Plättchenschicht ausgebildet ist. Nach Fertigstellung der endgültigen Struktur werden dar aus die einzelnen Drucksensoren würfelartig herausge schnitten.

In dem Patent Abstracts of Japan, E-261, 21.08.84, Bd. 8, Nr. 181, 59-72775 (A), wird ein Verfahren zur Her stellung eines Drucksensors beschrieben. Dabei werden ein Siliciumwafer, der eine Meßseite des Sensors bildet, und ein anderer Siliciumwafer, der eine Basisseite davon bil det, mittels eines anodischen Bondingverfahrens aneinan der gebunden. Dazwischen ist eine Glasschicht aus PYREX- Glas angeordnet. Dadurch wird eine hohe Bondierungs festigkeit zur Verfügung gestellt.

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 und 20.

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 eine der peripheren Seitenoberflächen des ersten und des zweiten Halbleiterbereiches einen Abstand zu der äußersten peripheren Seitenoberfläche der Isolierschicht aufweist.

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 miteinander mit einer Isolierschicht dazwischen, die auf einer Oberfläche we nigstens eines der ersten und zweiten Halbleitersubstrate gebildet ist; Ätzen einer Hauptoberfläche des ersten Halbleitersubstrates, um dessen Stärke zu vermindern; Bilden wenigstens einer Halbleitervorrichtung in dem er sten Halbleitersubstrat; Bilden wenigstens einer Vertie fung, welche sich in das zweite Halbleitersubstrat von dessen Hauptoberfläche aus erstreckt; Bilden mindestens eines Belastung erfassenden Teiles in dem ersten Halblei tersubstrat, der Vertiefung gegenüberliegend; Ätzen we nigstens einer der äußeren peripheren Seitenoberflächen des ersten und zweiten Halbleitersubstrates, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dessen äußerer peripheren Seitenoberfläche und jener der Isolierschicht zur Verfü gung zu stellen, um die Belastung erfassenden Teile von einander zu trennen.

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 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 Ausführungsform;

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; und

Fig. 15 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 3D 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 Belastung 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(h) 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 Siliziumhalbleitersubstrates 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 verwendet 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 nieverwendet 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 rillenförmi-g 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 406b mit einer runden oder rechteckigen Form und einer Vertiefung 406a 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 406a und dem konkav gebildeten Teil 406b eine verjüngte Bauweise zu geben.

Zu dieser Zeit wird das Ätzen mit dem Ätzmittel aus KOH-Lösung gestoppt, wenn die Böden der Vertiefung 406a und des konkav gebildeten Teiles 406b 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 KON-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 anschlies send 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 403a 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 413a, der auf dem Plasmanitridfilm 413 gebildet ist, bevor die Ätzung des Siliziumhalbleitersubstrates 402 größer ist als die des Bereiches 403a, 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 508a gebildet, ein SiO₂-Film 508b mit einer Stärke von 0,1 bis 1 Mikrometer (oder ein Siliziumnitridfilm) darauf gebildet und dann eine zweite polykristalline Siliziumschicht 508c auf der Oberfläche des SiO₂-Filmes 508b gebildet.

Dann werden nacheinander wie in der fünften Ausfüh rungsform die erste und die zweite polykristalline Sili ziumschicht 508a und 508c und der SiO₂-Film 508b 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 508c und der SiO₂-Filmschicht 508b 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 406b 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 601a, 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 601a 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 elektrischer 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.

Claims

1. Halbleiterdrucksensor mit:
einem Halbleitersubstrat (7, 11) mit einem ersten Halbleiterbereich (7), in welchem wenigstens eine Halbleitervorrichtung (21, 23) gebildet ist, einem zweiten Halbleiterbereich (11) und einer versenkten Isolierschicht (17), die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist,
einer Vertiefung, die in dem zweiten Halbleiter bereich (11) vorgesehen ist und deren Öffnung die Hauptoberfläche des zweiten Halbleiterbereiches (11) erreicht und
einem Belastung erfassenden Teil (21), der in dem er sten Halbleiterbereich (7) der Vertiefung gegenüber liegend vorgesehen ist, wobei der Halbleiterdrucksen sor dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine der peripheren Seitenoberflächen (S, R) des ersten und des zweiten Halbleiterbereiches einen Abstand (T) zu einer äußersten peripheren Seitenoberfläche der Isolierschicht (17) aufweist.

2. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abstand (T) zwischen der äuße ren peripheren Seitenoberfläche (S, R) des ersten und zweiten Halbleiterbereiches auf einen vorbestimmten Wert festgesetzt ist, so daß der Abstand (T) die Stärke der Isolierschicht (17) übersteigt.

3. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der die Belastung erfassende Teil (21) eine Piezowiderstandsschicht ist.

4. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand (T) erhal ten wird durch Ausbildung der äußeren peripheren Sei tenoberfläche der Isolierschicht (17) in einer ver jüngten Bauweise.

5. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vertiefung direkt auf die Rück seite des Belastung erfassenden Teiles durch den er sten und zweiten Halbleiterbereich hindurch ausge dehnt ist.

6. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste Halbleiterbereich (7) aus einem Einkristallhalbleiter hergestellt ist.

7. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die periphere Seitenoberfläche im Abstand von mindestens zwei Mikrometern der äußersten peripheren Seitenoberfläche der Isolierschicht (17) angeordnet ist.

8. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß eine polykristalline Silizium schicht (408) auf einer Rückseitenoberfläche des Be lastung erfassenden Teiles (411) vorgesehen ist.

9. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Halbleiterdrucksensor durch ein anodisches Bondingverfahren an ein Trägermateri al (88) 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 Verunreinigungsbereich der Isolierschicht derart angeordnet ist, daß sie nicht in direktem Kon takt mit der Atmosphäre steht, die in die Umgebung des Drucksensors eingeführt wird.

11. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das Trägermaterial aus Silizium hergestellt ist.

12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterdrucksen sors, insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 11, die folgenden Schritte umfassend:
In-Kontakt-Bringen eines ersten Halbleitersubstra tes (1) und eines zweiten Halbleitersubstrates (11) miteinander mit einer Isolierschicht (9, 19) dazwi schen, die auf einer Oberfläche wenigstens eines der ersten und zweiten Halbleitersubstrate (1, 11) gebil det ist;
Ätzen einer Hauptoberfläche des ersten Halbleiter substrates (1), um dessen Stärke zu vermindern;
Bilden wenigstens einer Halbleitervorrichtung (21, 23) in dem ersten Halbleitersubstrat (1);
Bilden wenigstens einer Vertiefung, welche sich in das zweite Halbleitersubstrat (11) von dessen Haupt oberfläche aus erstreckt;
Bilden mindestens eines Belastung erfassenden Teiles in dem ersten Halbleitersubstrat (1), der Vertiefung gegenüberliegend;
Ätzen wenigstens einer der äußeren peripheren Seiten oberflächen des ersten und zweiten Halbleitersubstrates (1, 11), um einen vorbestimmten Abstand zwischen dessen äußerer peripheren Seitenoberfläche und jener der Isolierschicht (17) zur Verfügung zu stellen, um die Belastung erfassenden Teile voneinander zu tren nen.

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 (21), die als eine Belastung erfassende Vor richtung wirkt, in dem ersten Halbleitersubstrat vor gesehen 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 (17) als auch einer der ersten und zweiten Halbleitersubstrate (1, 11) durchgeführt wird unter Verwendung eines Ätzmittels mit einem Ätzver hältnis, welches in Bezug auf die Isolierschicht (17) langsamer ist als in Bezug auf eines der beiden er sten und zweiten Halbleitersubstrate (1, 11).

15. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand (T) wenigstens zwei Mikrometer beträgt.

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 gebildet wird, voneinander getrennt wird.

17. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätz- und Schneidvorgang derart ausgeführt wird, daß eine Schicht, die ein Wachsmaterial (38) und eine ke ramische Platte (40) umfaßt, auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates zur Verfügung gestellt wird und der Ätzvorgang auf die Oberfläche des zwei ten Halbleitersubstrates angewendet wird.

18. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfaßt:
Bilden einer Isolierschicht (66) auf einer ganzen Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates (54),
Bilden einer Öffnung (72) auf dem Bodenteil jeder insbesondere rillenförmigen Vertiefung (68), die mit dem zweiten Halbleitersubstrat (50) in Kontakt ist,
Füllen von polykristallinem Silizium (74) in jede rillenförmige Vertiefung (68),
Bilden einer leitenden Verbindung (80) auf der Ober fläche jedes polykristallinen Siliziums (74), welches in jeder rillenförmigen Vertiefung (68) zur Verfügung gestellt wird, um einen elektrischen Kontakt mit dem zweiten Substrat (50) zur Verfügung zu stellen,
Montieren des Drucksensors, eine Mehrzahl von dessen Einheiten einschließend, auf einem Trägermateri al (88) und Festhalten daran durch ein anodisches Bondingverfahren, bei welchem eine elektrische Spannung zwischen dem ersten Halbleitersubstrat (54) und dem Trägermaterial (88) angelegt wird, und
Trennen der Einheiten durch Schneiden derselben an den rillenförmigen Vertiefungen (68).

19. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Füllens von polykristallinem Silizi um (74) in jede rillenförmige Vertiefung (68) und Bilden einer leitenden Verbindung (80) auf der Ober fläche jedes polykristallinen Siliziums (74) ersetzt werden durch einen Schritt des Bildens einer Elek trode (100) wenigstens an der Bodenoberfläche der rillenförmigen Vertiefung (68) aus einer leitenden Verbindung, die als eine Elektrode für ein anodisches Bondingverfahren verwendet werden soll.

20. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterdrucksensors, welches die folgenden Schritte umfaßt:
In-Kontakt-Bringen eines ersten Halbleitersubstra tes (401) und eines zweiten Halbleitersubstra tes (402) miteinander mit einer Isolierschicht (403) dazwischen, gebildet auf der Oberfläche wenigstens einer der Halbleitersubstrate;
Ätzen der Hauptoberfläche des ersten Halbleiter substrates (401), um dessen Stärke zu vermindern;
Ätzen einer Mehrzahl von Teilen des dickenverminder ten ersten Halbleitersubstrates (401), um vertieft ausgebildete Teile (406a, 406b) zu bilden, an welchen an wenigstens einem der vertieft ausgebildeten Teile (406a, 406b) ein Belastung erfassender Teil (411) in einem späteren Schritt ausgebildet wird und dessen verbleibende insbesondere rillenförmigen Vertiefungen in dem später angewendeten Schneidvor gang verwendet werden, um die Halbleitersubstrate an den vertieft ausgebildeten Teilen zu schneiden und die äußeren peripheren Seitenoberflächen des ersten Halbleitersubstrates zu bilden, um sie von den äuße ren peripheren Seitenoberflächen der Isolier schicht (403) durch einen vorbestimmten Abstand zu rückzusetzen;
Bilden einer Isolierschicht (407) auf einer ganzen Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates (401);
Füllen eines polykristallinen Siliziums (408) in je den der vertieft ausgebildeten Teile (406a, 406b) durch Bilden der polykristallinen Silizium schicht (408) auf einer ganzen Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates (401);
Vermindern der Stärke der polykristallinen Silizium schicht (408) von einer Oberfläche, die koplanar mit der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates (401) ist;
Bilden eines Belastung erfassenden Teiles (411) auf einer der Oberflächen des polykristallinen Silizi ums (408), welche in dem vertieft ausgebildeten Teil, nachdem eine Isolierschicht (410) auf dem polykri stallinen Silizium (408) gebildet ist, vorgesehen wird;
Bilden einer Vertiefung (414) durch Ätzen in dem zweiten Halbleitersubstrat (402) von dessen Haupt oberfläche aus durch das zweite Halbleiter substrat (402) hindurch, welche sich direkt zu dem Bodenteil des vertieft ausgebildeten Teiles (406b) erstreckt, auf welchem der Belastung erfassende Teil vorgesehen wird, und
Entfernen des polykristallinen Siliziums (408) von dem vertieft ausgebildeten Teil (406b) durch die Ver tiefung.

21. Verfahren zum Herstellen des Halbleiterdrucksensors nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Füllens von polykristallinem Silizi um (408) in jeden vertieft ausgebildeten Teil (406a, 406b) ersetzt wird durch die Schritte des Bildens ei ner ersten Schicht (508a) aus einer polykristallinen Siliziumschicht auf einer ganzen Oberfläche des er sten Halbleitersubstrates (501), Bilden einer Iso lierschicht (508b) auf der ersten Schicht (508a) der polykristallinen Siliziumschicht und Bilden einer zweiten Schicht (508c) aus einer polykristallinen Si liziumschicht auf einer ganzen Oberfläche der Iso lierschicht (508b), so daß wenigstens Teile jeder er sten und zweiten polykristallinen Siliziumschicht in nerhalb des vertieft ausgebildeten Teils existieren, und Verminderung der Stärke der ersten und zweiten polykristallinen Siliziumschicht (508a, 508c) bis auf eine Oberfläche, die koplanar ist mit der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrates (501), damit die er ste und zweite polykristalline Siliziumschicht (508a, 508c) und die Isolierschicht (508b) in dem vertieft ausgebildeten Teil verbleiben, und der Schritt des Entfernens des polykristallinen Siliziums aus dem vertieft ausgebildeten Teil ersetzt wird durch den Schritt des Entfernens der ersten Schicht (508a) des polykristallinen Siliziums.