JP2001013156A

JP2001013156A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2001013156A
Application number: JP11180800A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakurai; 顕治櫻井; Mitsuru Fujii; 充藤井; Masakazu Shiiki; 正和椎木; Fumihiko Sato; 文彦佐藤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-19
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP3692841B2

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体薄膜の中央部の有効面積を大きくと
り、センサの感度及び精度を向上することができる半導
体装置を提供すること【解決手段】シリコン基板１０の上面に形成された窪
み１４が覆われるように誘電体薄膜１２を成膜する。誘
電体薄膜上に熱電変換素子を有する回路パターンを形成
する。シリコン基板の上面は、（１００）面となり、誘
電体薄膜には、シリコン基板の＜１１０＞方向と４５度
傾斜する第１エッチングホール１６と、＜１１０＞方向
に平行・直交するように延びる第２エッチングホール１
７が形成され、各エッチングホールの外周に接する＜１
１０＞方向並びにそれと直交する方向の仮想線で囲んで
形成される仮想長方形が、隣接するもの同士で少なくと
も１ヶ所で接触または重なって連続し、その連続が、前
記窪みの周囲に沿って一周するように前記複数のエッチ
ングホールを配置するように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】フローセンサ，赤外線センサ等のシリコ
ン基板の表面に窪みを設けるとともに、その窪みを覆う
ような誘電体薄膜を前記シリコン基板表面に設け、か
つ、その誘電体薄膜上に所定形状の抵抗素子等を形成し
た半導体装置としては、例えば従来特公平３−５２０２
８に示されるようなものがある。

【０００３】係る構成の半導体装置では、シリコン基板
の表面に誘電体薄膜を成膜した後で窪みを作ることにな
るが、その製造方法としては、裏面（誘電体薄膜非形成
面）からシリコン基板をエッチングする方法と、表面の
誘電体薄膜にシリコン基板をエッチングするためのエッ
チングホールを形成し、そのエッチングホールを介して
エッチング液を浸透させてエッチングする方法がある。

【０００４】後者においては誘電体薄膜にどのような形
状のエッチングホールを形成するかによってエッチング
時間・有効領域など生産性や特性に大きな影響を及ぼす
のでその形状設計には注意が必要となる。そして、その
形状としては、従来は図１に示すように、（１００）面
と＜１１０＞方向を持つシリコンウエハ１においては＜
１１０＞に対して４５°の方向に方向付けられるパター
ンとなるように、そのシリコンウエハ１の上面に成膜さ
れた誘電体薄膜３にエッチングホール２を形成するのが
一般的であった。

【０００５】そして、このエッチングホール２を介して
露出するシリコンウエハ１の領域からエッチングが進行
し、異方性エッチングによりアンダーカットすることに
より、最終的に図示するようにシリコンウエハ１の上面
に窪み４が形成され、その窪み４に対向する誘電体薄膜
３がメンブレンとなる。この窪み４により、誘電体薄膜
３（メンブレン）とシリコンウエハ１との間で、物理的
に熱的な絶縁性が図れる。さらに、窪み４の上方に位置
する誘電体薄膜（メンブレン）の表面に、抵抗素子また
は熱電変換素子等の物理量の検出部や配線パターンが形
成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体装置では、以下に示す問題を有する。す
なわち、赤外線センサのような外部からの入射エネルギ
ーを熱に変換し、その熱を電気信号に変換する構造をも
つセンサにおいては、誘電体薄膜３の中央部の入射エネ
ルギーが最大となる。また、誘電体薄膜３の熱絶縁性
は、ヒートシンク（（１００）面と＜１１０＞方向を有
するウエハ１）から最も距離のとれる誘電体薄膜３の中
央部が最大となるため、センシングにおいてこの部分が
最も重要な素子形成領域となる。

【０００７】そして、従来の半導体装置の構造では、誘
電体薄膜３の中央部分にエッチングホール２を形成して
いたため、熱絶縁性の最もよい中央部分にセンシングに
関わる素子を形成するための有効面積が小さくなり、感
度・精度が悪くなる。

【０００８】さらに、エッチングホール２を開けた部分
は、当然のことながら検出部はもちろんのこと配線パタ
ーンも形成できず、そのエッチングホール２を避け、迂
回しながら配線等のパターンレイアウトを考えなければ
ならい。そして、従来の半導体装置では、窪み４上の誘
電体薄膜３を横断するように複数のエッチングホール２
が形成されるため、検出部（素子）と配線の配置レイア
ウトに制約を受け、抵抗素子，熱電変換素子や配線等を
効率よく、しかも広範囲にわたって形成することができ
ず、半導体装置の検出感度・精度の向上の妨げとなる。

【０００９】また、誘電体薄膜３は、その周囲がシリコ
ン基板１に接合され支持されており、窪み４の上方部分
の誘電体薄膜の中央には応力がかかりやすい（特に誘電
体薄膜の膜厚にバラツキが有る場合）。

【００１０】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、誘電体薄膜の中央部の有効面積を大きくとり、素子
や配線パターンの配置レイアウトの自由度も高く、セン
サの感度及び精度を向上することができ、さらに、応力
にも強い誘電体薄膜を備えた半導体装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明に係る半導体装置では、（１００）面と＜
１１０＞方向を有し、（１００）面に平行な表面に異方
性エッチングで形成された窪みを有する半導体基板と、
前記窪みを覆うように前記半導体基板に設けられた誘電
体薄膜と、前記誘電体薄膜上に所定形状の抵抗素子と熱
電変換素子の少なくとも一方を有する回路パターンとを
備えた。そして、前記窪みに対向する前記誘電体薄膜に
は、複数のエッチングホールを設け、その複数のエッチ
ングホールには、＜１１０＞方向に対し所定角度で傾斜
する方向に延びる第１のエッチングホールを含むように
した。さらに、前記複数の各エッチングホールの外周に
接する＜１１０＞方向並びにそれと直交する方向の仮想
線で囲んで形成される仮想長方形が、隣接するもの同士
で少なくとも１ヶ所で接触または重なって連続し、その
連続が、前記窪みの周囲に沿って一周するように前記複
数のエッチングホールを配置するように構成した（請求
項１）。そして、前記窪みは、平面矩形状であり、前記
第１のエッチングホールは、前記窪みの四隅にそれぞれ
１つ以上設けるようにしてもよい（請求項２）。

【００１２】エッチングホールを有する誘電体薄膜付き
の半導体基板（窪みなし）に対し、異方性エッチングを
する。すると、＜１１０＞方向と傾斜する方向に配置さ
れたエッチングホール、つまり、第１のエッチングホー
ルに基づく異方性エッチングは、その第１のエッチング
ホールを対角線とする長方形状にエッチングされる。つ
まり、仮想長方形の領域がエッチングされて除去され、
しかも、仮想長方形は隣接するもの同士が連続している
ので、結局、窪みを形成しようとする領域に沿ってエッ
チングにより除去された領域が形成される。すると、
（４１１）面や（１００）面が現れるので、実施の形態
で詳細に説明するように、その（４１１）面，（１０
０）面に向かってエッチングが進む。よって、最終的に
は＜１１０＞方向と並行，垂直な辺を持つ矩形状の窪み
が形成される。しかも、（４１１）面の最速エッチング
を利用するので、従来のものよりも短時間で窪みを形成
できる。

【００１３】このように、窪みを形成する周囲部分にエ
ッチングホールを設け、そのエッチングホールに基づい
て直接的にエッチングされた領域から、中央に向かって
エッチングが信号するので、メンブレン（窪みに対向す
る誘電体薄膜の部分）の中央に半導体基板を異方性エッ
チングするためのエッチングホールを設けなくても良く
なる。その結果、中央部のセンシングのための有効面積
を大きくとれる。そのことにより、感度、精度が向上す
る。

【００１４】特に、サーモパイルセンサのような、ヒー
トシンク−メンブレン（シリコン−窪み上の誘電体薄
膜）間に多くの熱電対を形成する必要のあるセンサにお
いて、誘電体薄膜の中央に素子・配線の可能な領域が広
くなると、配線のレイアウトが容易となる。また、エッ
チングパターンの数が減れば、シリコンプロセス時の検
査工程も短縮できる。

【００１５】また、前記第１のエッチングホールの傾斜
角度は、好ましくは、４５度とすることである（請求項
３）。係る構成にすると、初期段階のエッチング、つま
り、第１のエッチングホールの下方に形成される仮想長
方形の領域に対するエッチングが最も早くできる。

【００１６】さらに、前記複数のエッチングホールは、
前記第１のエッチングホールと、＜１００＞方向と平行
或いは直交する方向に位置付けられた第２のエッチング
ホールを含むようにすることができる（請求項４）。

【００１７】このようにすると、第１のエッチングホー
ルに基づいてその下方の半導体基板の領域が除去された
エッチング初期段階では、誘電体薄膜の中央の下方に残
った領域は半導体が略十字状となる。よって、センシン
グのための有効面積をより広くすることができる。ま
た、第２のエッチングホールは、製品完成後は＜１１０
＞方向と平行または直交する方向でメンブレンとの境界
に形成される孔となるので、熱絶縁性も向上し、フロー
センサなどの測定精度の向上が可能である。

【００１８】さらにまた、前記第２のエッチングホール
の長さをａとし、前記第１のエッチングホールを対角線
とする仮想長方形の前記第２のエッチングホールと平行
な辺の長さをｂとすると、ａがｂの２倍以上になるよう
に設定した（請求項５）。このように構成すると、（４
１１）面でのエッチングが主体となり、（４１１）面の
エッチング速度の１／２以下である（１００）面のエッ
チングの関与が少なくなるため、エッチング時間がさら
に早くなる。

【００１９】前記複数のエッチングホールは、前記第１
のエッチングホールと、前記第１のエッチングホールよ
り短く、前記＜１１０＞に対し所定角度で傾斜する方向
に延びる第３のエッチングホールを含むように構成する
ことができる（請求項６）。この発明は、第４の実施の
形態（図１１）により実現されている。そして、動作原
理としては、第２のエッチングホールを複数の第３のエ
ッチングホールで構成したものと等価となる。

【００２０】さらにまた、前記誘電体薄膜の中央に、応
力吸収用の孔部を設けるとより好ましい（請求項７）。
この発明は、第５の実施の形態（図１２）により実現さ
れている。

【００２１】メンブレン中央には応力が集中しやすい。
よって、誘電体薄膜の膜厚のバラツキが大きくなるとメ
ンブレンが反る可能性があるが、孔部を形成することで
係る応力を緩和でき、たとえ量産時に誘電体薄膜の膜厚
にバラツキが出ても平坦なメンブレンが形成される。

【００２２】また、同様の問題を解決する別の手段とし
ては、前記誘電体薄膜の中央に、補強パターンを設ける
ことである（請求項８）。この発明は、第６の実施の形
態（図１３）により実現されている。そして、誘電体薄
膜の膜厚のバラツキ等に起因してメンブレンが反ろうと
しても、その反ろうとする力が補強パターンにより抑え
られ、平坦なメンブレンを形成することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の
好適な実施の形態を添付図面を参照にして詳述する。図
２は、本発明の第１の実施の形態を示している。同図に
示すように、シリコン基板１０の上面に誘電体薄膜１２
が成膜されている。このとき、シリコン基板１０の上面
に平面形状が矩形状で有底の窪み１４が形成され、上記
誘電体薄膜１２によりその窪み１４の開放部分が覆われ
るようになっている。

【００２４】そして、窪み１４に対向する誘電体薄膜１
２の四隅には、シリコンの＜１１０＞方向と４５度の角
度で交差する第１のエッチングホール１６を形成する。
つまり、この第１のエッチングホール１６は、窪み１４
の平面形状である正方形の対角線の上に配置され、その
外側の一端１６ａは、その正方形の頂点に位置する。さ
らに、各第１のエッチングホール１６の長さは等しくし
ている。これにより、第１のエッチングホール１６の他
端１６ｂは、窪み１４の外形状よりも所定量だけ小さい
正方形の頂点に位置する。

【００２５】さらに、隣接する第１のエッチングホール
１６の一端１６ａを結ぶ線上に、第２のエッチングホー
ル１７を形成している。この第２のエッチングホール１
７の両端１７ａは、隣接する第１のエッチングホール１
６の一端１６ａを結ぶ線に対する第１のエッチングホー
ル１６の他端１６ｂからの垂線の足と同じか、それより
も外側（第２のエッチングホール１７の長手方向）に延
長配置する。すなわち、第２のエッチングホール１７の
上（端部１７ａ上を含む）に、第１のエッチングホール
１６の一端１６ａからの垂線の足がくるようにする。換
言すると、第２のエッチングホール１７の両端１７ａ
は、第１のエッチングホール１６を対角線とする仮想正
方形の領域Ｒに接するか、その領域Ｒ内に進入するよう
に構成する。

【００２６】また、図示省略するが、誘電体薄膜１２の
上面（窪み１４の上方）には、多数の熱電変換素子が配
置され、この各熱電変換素子には、引出配線パターンの
一端が接続され、また引出配線パターンの他端は、シリ
コン基板１０と誘電体薄膜１２が接合されている外周囲
部分に引き出される。そして、係る引出配線パターンの
他端を介して熱電変換素子で検出した信号が外部に出力
可能となっている。

【００２７】ところで、本形態の製造プロセスとして
は、平板状（窪み１４のない）シリコン基板１０の上面
に誘電体薄膜１２を成膜し、その誘電体薄膜１２の表面
に熱電変換素子や引出配線パターン等を形成するととも
に、フォトリソグラフィ技術を用いて誘電体薄膜１２の
所定位置に、各エッチングホール１６，１７を形成す
る。

【００２８】その後、ＫＯＨ等のエッチング液にシリコ
ン基板１０ごと浸漬することにより、その第１，第２の
エッチングホール１６，１７を介して露出するシリコン
基板１０の表面がエッチング液により徐々に異方性エッ
チングされ、最終的に上記した所定形状の窪み１４が形
成される。なお、このエッチングの際には、シリコン基
板１０の裏面側にも所定の保護膜を成膜し、除去されな
いようにする。

【００２９】次に、上記した第１，第２のエッチングホ
ール１６，１７のパターン形状により、平面矩形状（逆
角錐台形状の空間）からなる窪み１４が形成される原理
を説明する。まず、良く知られているように、（１０
０）面に平行な表面に異方性エッチングをすると、第
１，第２のエッチングホール１６，１７により開口され
ている部分が、＜１００＞方向、つまり、基板表面と垂
直方向にエッチングされる。

【００３０】さらに、水平方向に対しては、＜１１０＞
方向と４５度の方向、つまり、第１のエッチングホール
１６と平行な面に向かってエッチングが進む。これによ
り、図３に示すように、第１のエッチングホール１６を
対角線とする仮想正方形の領域Ｒが除去される。また、
第２のエッチングホール１７の各辺は、＜１１０＞方向
と平行または直交する方向であるので、第２のエッチン
グホール１７の周縁外側に向けてのエッチングは進まな
い。よって、この段階では、図中白抜き部分並びに第
１，第２のエッチングホール１６，１７の領域がエッチ
ングされ、最終的に窪み１４となる領域の中では、網掛
けで示す十字状の領域が残る。

【００３１】そして、第１のエッチングホール１６の下
方に形成された４つの正方形状のエッチング済み領域Ｒ
１は、第２のエッチングホール１７の下方に形成された
エッチング済み領域Ｒ２により連結される。

【００３２】このように、エッチングされた長方形（正
方形を含む）の領域Ｒ１，Ｒ２が連結されることによ
り、（４１１）面という最速エッチング面が現れるの
で、図４中矢印で示す方向にエッチングが急速に進む。
そして、シリコンの（４１１）面のエッチングは（１０
０）面に対して倍以上エッチングが速いため、誘電体薄
膜１２の下のシリコンは、図４から図５に示すように、
エッチングが進む。つまり、（４１１）面と（１００）
面が共にエッチングされていくものの、（４１１）面の
方がエッチングが速く（１００）面の領域が減少してい
く。そして最終的に、図６に示すように、中央部に（４
１１）面のみで形成された八角形の領域Ｒ４が残る。

【００３３】そして、このように（４１１）面のみ残る
と、さらにこの（４１１）面に向かって高速にエッチン
グが進み、残った領域Ｒ４も全てアンダーカットされ
る。一方、第１，第２のエッチングホール１６，１７を
含む領域Ｒ１，Ｒ２の外周縁は（１１１）となるので、
それ以上のエッチングは行われない。よって、図２に示
すように誘電体薄膜１２の下に、窪み１４が形成され
る。

【００３４】なお、図３に示すように第２のエッチング
ホール１７の長さをａとし、第１のエッチングホール１
６を対角線とする仮想長方形（正方形）の領域Ｒ（Ｒ
１）における第２のエッチングホール１７と平行な辺の
長さをｂとすると、ａがｂの２倍以上になるように設定
するとよい。このように構成すると、（４１１）面での
エッチングが主体となり、（４１１）面のエッチング速
度の１／２以下である（１００）面のエッチングの関与
が少なくなるため、エッチング時間がさらに早くなる。

【００３５】なおまた、本形態では、（４１１）面に対
するエッチングを利用しているので、従来のもの（＜１
００＞方向や＜−１１０＞方向と４５度傾斜する方向に
矩形状のエッチングホールを形成するもの）に比べて、
結果として短時間で窪み１４を製造することが可能とな
る。

【００３６】図７は、本発明の第２の実施の形態を示し
ている。上記した第１の実施の形態では、第１のエッチ
ングホール１６は、四隅に１つずつ設けたが、本実施の
形態では、図７に示すように、第１のエッチングホール
１６′を各隅に複数本（具体的には、２本）設け、しか
も、対角線上以外の領域に形成している。さらに、各第
１のエッチングホール１６′の長さは、第１の実施の形
態における第１のエッチングホール１６よりも短くして
いる。但し、この例でも第１のエッチングホール１６′
と＜１１０＞方向のなす角は４５度となるようにしてい
る。

【００３７】これにより、上記した第１の実施の形態の
第１のエッチングホール１６と同様の原理にしたがい、
第１のエッチングホール１６′の下側のシリコンが異方
性エッチングにより除去され、その除去される領域Ｒ５
は、その第１のエッチングホール１６′を対角線とする
正方形の領域となる。そして、隣接する領域Ｒ５が、接
するか一部重複（本形態では重複）するように第１のエ
ッチングホール１６′をパターニングする。

【００３８】さらに、第２のエッチングホール１７′
は、その両端１７′ａが、隣接する隅に設けた複数の第
１のエッチングホール１６′のうち、最も互いに近い第
１のエッチングホール１６′に基づく上記正方形の領域
Ｒ５と接するように形成している（もちろん内部に進入
配置してもよい）。すると、第２のエッチングホール１
７′は、＜１１０＞方向と平行または直交するように形
成されているので、その外周縁に向けてのエッチングは
進まず、その第２のエッチングホール１７′を介して露
出するシリコンのみがその奥（下方）に向かって除去さ
れる。

【００３９】これにより、第１のエッチングホール１
６′の下方に形成されるエッチングされた領域Ｒ５と、
第２のエッチングホール１７′の下方に形成されたエッ
チングされた領域が、隣接する領域同士が接続され、最
終的に窪み１４となる領域のほぼ外周囲を無端状に囲む
ことになる。よって、その無端状に囲まれた内側の領域
は、第１の実施の形態と同様に、シリコンの異方性エッ
チングは（４１１）面のエッチングが支配的となり、高
速にエッチングされて除去される。

【００４０】また、同一の隅に形成された２つの第１の
エッチングホール１６′によりエッチングされた２つの
領域Ｒ５と、最終的に窪み１４となる領域で囲まれる領
域Ｒ６は、以下のようにしてやはり高速にエッチングさ
れる。

【００４１】すなわち、エッチングされた領域Ｒ５同士
が接触することにより、（４１１）面という最速エッチ
ング面が現れるので、図８中矢印で示す方向にエッチン
グが急速に進む。つまり、エッチングで除去された領域
Ｒ５で区切られた領域Ｒ６（この段階ではエッチングさ
れていない）は、（４１１）面へのエッチングにより各
領域Ｒ６の対角線方向に進む。

【００４２】そして、対角線に達すると、（４１１）面
がなくなり、新たに（１００）面がエッチングを支配す
る。そして、領域Ｒ６内をエッチングすると、周囲は
（１１１）となり、それ以上のエッチングは行われず、
エッチングが終了する。これにより、開口面が正方形状
の窪みが形成される。

【００４３】なお、この第２の実施の形態に設けられる
検出部の一例を示すと、図９のようになる。同図に示す
ように、誘電体薄膜１２のうち窪み１４に対向する領域
（メンブレン）の中央に、抵抗素子配線１８，１９を設
けている。この抵抗素子配線１８，１９は複数回折り返
され、その両端が窪み１４の外側に配置され、それぞれ
電極２０，２１に接続されている。この電極２０，２１
を介して抵抗素子配線１８，１９に電流を流すことによ
り、発熱する。つまり、抵抗素子配線１８，１９はヒー
タ線を構成し、半導体装置全体では、マイクロヒータ，
フローセンサを構成することができる。

【００４４】また、一方の抵抗素子配線（第１の抵抗素
子）１８が過熱させるもので、他方の抵抗素子配線（第
２の抵抗素子）１９が温度の変化を捉えるように機能さ
せる（温度変化により抵抗値が変化するので、それを検
出する）ように構成してもよい。

【００４５】また、誘電体薄膜１２の上面に形成するの
は、上記のように抵抗素子配線に限ることはなく、通電
して発熱するヒータとして機能させるための抵抗素子配
線と、温度の変化を捉える熱電変換素子としての熱電対
を形成するように構成しても良い。

【００４６】さらに、センシングのための第１の抵抗素
子、熱電変換素子などの他に、第１の素子の出力を補正
するための第２の素子を形成し、精度を向上させること
ができる。例えば、サーモパイルのような熱電変換素子
の場合、温度補正素子が必要となる。また、サーモパイ
ルの出力に乗る外乱を除去するために、リファレンスセ
ンサを第２の素子として形成することで精度の向上が可
能となる。もちろん、上記した各例示に限られることは
なく、他の各種の検出素子を配置することが可能とな
る。

【００４７】図から明らかなように、誘電体薄膜１２の
中央部にエッチングホール１６，１７がないので、連続
した広い領域が確保でき、その広い領域内に抵抗素子配
線等の検出部を配置できるので、高感度・高精度のセン
サを構成でき、しかも、配置レイアウトの自由度も増
す。そして、上記した各検出部の構成は、第１の実施の
形態のものにも適用できるし、以下に示す各種の実施の
形態にももちろん適用できる。

【００４８】図１０は、本発明の第３の実施の形態を示
している。本実施の形態は、＜１１０＞方向と４５度傾
斜する第１のエッチングホール１６′を、各隅に対して
第２の実施の形態よりも多く設置している。さらに、同
一線上に短い第１のエッチングホール１６′を形成して
いる。また、第１のエッチングホール１６′を多数設置
したことから、隣接する隅に設けた複数の第１のエッチ
ングホール１６′のうち、最も互いに近い第１のエッチ
ングホール１６′同士の間隔が短くなったことから、第
２のエッチングホール１７″も短くなる。

【００４９】そして、係る構成においても、シリコン基
板をエッチング液に浸漬したエッチング開始当初は、第
１のエッチングホール１６′を対角線とする正方形状の
領域Ｒ５と、第２のエッチングホール１７″から露出す
る領域がエッチングされ、それら各領域が連続し、その
内側に階段状のパターンでシリコンが残る（領域Ｒ
７）。また、領域Ｒ５同士の外側の領域Ｒ６もエッチン
グされずに残る。

【００５０】この残った領域Ｒ６，Ｒ７は、ともに上記
した各実施の形態と同様に（４１１）面のエッチングが
支配的になり、高速にエッチングされて除去され、開口
部が正方形状の窪みが形成される。

【００５１】図１１は、第４の実施の形態を示してい
る。本実施の形態では、第２の実施の形態を基本とし、
第２のエッチングホール１７′を設けず、その第２のエ
ッチングホールを設けていた領域に、＜１１０＞方向と
４５度傾斜し、第１のエッチングホール１６´よりもさ
らに短い第３のエッチングホール２２を設けた。そし
て、第３のエッチングホール２２を対角線とする仮想正
方形の領域Ｒ９が連続（隣接する領域Ｒ９同士が接触或
いは重複）し、この連続した領域Ｒ９により、第１のエ
ッチングホール１６′を対角線とする仮想正方形の領域
Ｒ６と連続（接触或いは重複）するようにパターニング
する。

【００５２】係る構成にすると、エッチング開始当初の
段階で、領域Ｒ５，Ｒ９がエッチングされ、領域Ｒ９
が、第２の実施の形態における第２のエッチングホール
に基づいてエッチングされた領域と等価の状態となる。
よって、以後は、第２の実施の形態と同様の原理にした
がって、エッチングが進み、最終的に開口部が正方形状
となる窪みが高速に形成される。

【００５３】なお、第２のエッチングホールに替えて、
係る第３のエッチングホールを用いた構成は、上記した
第２の実施の形態に適用するものに限ることはなく、他
の実施の形態のいずれにも適用することができる。なお
また、その他の構成並びに作用効果は、上記した各実施
の形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

【００５４】図１２は、本発明の第５の実施の形態を示
している。本実施の形態では、第１の実施の形態を基本
とし、さらに誘電体薄膜１２（メンブレン）の中央に、
異方性エッチングのトータルのエッチング時間に実質的
に関与しない孔部２４を設けている。

【００５５】すなわち、誘電体薄膜１２の中央には応力
が集中しやすいので、誘電体薄膜１２の膜厚のバラツキ
が大きくなると窪み１４に対向する誘電体薄膜の領域
（メンブレン）が反る可能性がある。そこで、誘電体薄
膜１２の中央部に孔部２４を形成することで応力を緩和
でき、量産時に誘電体薄膜１２の膜厚のばらつきが出て
も平坦なメンブレンを形成することができる。

【００５６】なお、係る孔部２４を設ける構成は、上記
した第１の実施の形態に適用するものに限ることはな
く、他の実施の形態のいずれにも適用することができ
る。なおまた、その他の構成並びに作用効果は、上記し
た各実施の形態と同様であるので、その詳細な説明を省
略する。

【００５７】図１３は、本発明の第６の実施の形態を示
している。本実施の形態では、第２の実施の形態を基本
とし、中央部にＰｏｌｙ−Ｓｉなどの材料を用いた十字
状の補強パターン２６を形成している。すなわち、上記
した第５の実施の形態でも説明したように、メンブレン
中央には応力が集中しやすく、誘電体薄膜の膜厚のバラ
ツキが大きくなるとメンブレンが反る可能性がある。こ
れを回避するために、補強パターン２６を形成し、反り
にくくした。

【００５８】なお、係る補強パターン２６を設ける構成
は、上記した第２の実施の形態に適用するものに限るこ
とはなく、他の実施の形態のいずれにも適用することが
できる。なおまた、その他の構成並びに作用効果は、上
記した各実施の形態と同様であるので、その詳細な説明
を省略する。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体装置
では、請求項１のように構成すると、メンブレン中央に
シリコンを異方性エッチングするためのエッチングホー
ルがないため、中央部のセンシングのための有効面積を
大きくとれる。そのことにより、感度、精度を向上でき
る。また、従来と同一の性能とした場合には、従来より
も小型のものにすることができる。

【００６０】その結果、例えば耳式体温計や、ＦＡ用小
型非接触温度センサ等へ展開することができる。もちろ
ん、利用分野はこれに限ることはない。

【００６１】そして、請求項３のように構成すると、エ
ッチング速度がさらに高速化され、短時間で処理可能と
なる。また、請求項４のように構成すると、センシング
に必要な有効面積の拡大に加え、第２のエッチングホー
ルが、熱絶縁用の孔となるので、熱絶縁性も向上し、フ
ローセンサなどの測定精度の向上が可能となる。さら
に、請求項５のように構成すると、（４１１）面のエッ
チングが主体となるので、より高速にエッチングが完了
し、生産性が向上する。さらに、請求項７，８のように
構成すると、誘電体薄膜にかかる応力による反りの発生
を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来例を示す平面図である。（ｂ）は
同図（ａ）におけるａ−ａ線矢視断面図である。

【図２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の第１の実施
の形態を示す平面図である。（ｂ）は同図（ａ）におけ
るｂ−ｂ線矢視断面図である。

【図３】窪みを形成する原理を説明する図（その１）で
ある。

【図４】窪みを形成する原理を説明する図（その２）で
ある。

【図５】窪みを形成する原理を説明する図（その３）で
ある。

【図６】窪みを形成する原理を説明する図（その４）で
ある。

【図７】本発明に係る半導体装置の第２の実施の形態を
示す平面図である。

【図８】窪みを形成する原理を説明する図である。

【図９】第２の実施の形態における検出部を示す図であ
る。

【図１０】本発明に係る半導体装置の第３の実施の形態
を示す平面図である。

【図１１】本発明に係る半導体装置の第４の実施の形態
を示す平面図である。

【図１２】本発明に係る半導体装置の第５の実施の形態
を示す平面図である。

【図１３】本発明に係る半導体装置の第６の実施の形態
を示す平面図である。

【符号の説明】

１０半導体基板１２誘電体薄膜１４窪み１６，１６′ 第１のエッチングホール１７，１７′ 第２のエッチングホール１８，１９抵抗素子配線２４孔部２６補強パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者椎木正和京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内 (72)発明者佐藤文彦京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA11 BA14 CA13 5F043 AA02 BB02 DD30 FF02 FF04 GG06 GG10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１００）面と＜１１０＞方向を有し、
（１００）面に平行な表面に異方性エッチングで形成さ
れた窪みを有する半導体基板と、前記窪みを覆うように前記半導体基板に設けられた誘電
体薄膜と、前記誘電体薄膜上に所定形状の抵抗素子と熱電変換素子
の少なくとも一方を有する回路パターンとを備え、前記窪みに対向する前記誘電体薄膜には、複数のエッチ
ングホールを設け、その複数のエッチングホールには、＜１１０＞方向に対
し所定角度で傾斜する方向に延びる第１のエッチングホ
ールを含むようにし、前記複数の各エッチングホールの外周に接する＜１１０
＞方向並びにそれと直交する方向の仮想線で囲んで形成
される仮想長方形が、隣接するもの同士で少なくとも１
ヶ所で接触または重なって連続し、その連続が、前記窪みの周囲に沿って一周するように前
記複数のエッチングホールを配置するように形成された
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記窪みは、平面矩形状であり、前記第１のエッチングホールは、前記窪みの四隅にそれ
ぞれ１つ以上設けられてなることを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置。
【請求項３】前記第１のエッチングホールの傾斜角度
は、４５度であることを特徴とする請求項１または２に
記載の半導体装置。
【請求項４】前記複数のエッチングホールは、前記第
１のエッチングホールと、＜１００＞方向と平行或いは
直交する方向に位置付けられた第２のエッチングホール
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項
に記載の半導体装置。
【請求項５】前記第２のエッチングホールの長さをａ
とし、前記第１のエッチングホールを対角線とする仮想長方形
の前記第２のエッチングホールと平行な辺の長さをｂと
すると、ａがｂの２倍以上としたことを特徴とする請求
項４に記載の半導体装置。
【請求項６】前記複数のエッチングホールは、前記第
１のエッチングホールと、前記第１のエッチングホール
より短く、前記＜１１０＞に対し所定角度で傾斜する方
向に延びる第３のエッチングホールを含むように構成さ
れていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１
項に記載の半導体装置。
【請求項７】前記誘電体薄膜の中央に、応力吸収用の
孔部を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれ
か１項に記載の半導体装置。
【請求項８】前記誘電体薄膜の中央に、補強パターン
を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１
項に記載の半導体装置。