JP2001053054A

JP2001053054A - 半導体部品の製造方法

Info

Publication number: JP2001053054A
Application number: JP11227762A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Orimo; 康司織茂; Atsushi Jingu; 敦神宮
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウエハをエッチング加工していると
きに一部の半導体部品が損傷した場合でも、他の正常な
半導体部品を保護して歩留まりの向上を図る。【解決手段】シリコンウエハ１１の表面側には、各圧
力センサの撓み検出部４と配線部５とを形成し、裏面側
には、エッチング加工によってダイヤフラム部３用の凹
溝６を形成する。そして、凹溝６のエッチング加工時に
は、感光性の樹脂材料等からなる保護膜１３，１４を各
圧力センサ１毎に予め形成しておき、シールリング１６
等によって表面側をシールした状態で裏面側にエッチン
グ液を接触させる。これにより、一部の圧力センサのダ
イヤフラム部３が損傷した場合でも、表面側に浸入する
エッチング液によって他の正常な圧力センサが損傷され
るのを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハに
エッチング加工を施すことにより、例えば圧力センサ、
流量・流速センサ等の半導体部品を製造するのに用いて
好適な半導体部品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、圧力センサ、流量・流速センサ
等の半導体部品を製造するときには、単一のシリコンウ
エハにエッチング加工を施すことによって複数個の半導
体部品を製造する方法が用いられている。

【０００３】この種の従来技術を用いて製造される圧力
センサは、シリコンウエハの一部からなる基板と、該基
板の表面側に設けられた薄肉のダイヤフラム部と、該ダ
イヤフラム部上に位置して前記基板の表面側に設けられ
たピエゾ抵抗体等の撓み検出素子とから構成されてい
る。

【０００４】ここで、ダイヤフラム部は、基板の裏面側
にエッチング加工を施して凹溝を形成することにより、
この凹溝の底面側に位置する基板の表層部位によって構
成されている。また、基板の表面側には、例えばアルミ
ニウム等の金属膜からなる配線部が設けられ、この配線
部は一端側が撓み検出素子と接続されると共に、他端側
が外部接続用の電極パッドとなっている。

【０００５】そして、圧力センサは、例えば空気圧、油
圧等の圧力差がダイヤフラム部の両面側に加わることに
よってダイヤフラム部が撓み変形すると、その撓み変形
量に応じた検出信号を撓み検出素子から配線部を介して
外部に出力するものである。

【０００６】また、圧力センサの製造時には、例えば３
００〜４００個程度の多数の圧力センサを単一のシリコ
ンウエハに形成した後に、このシリコンウエハを各圧力
センサ毎に切離す方法が用いられる。

【０００７】そして、各圧力センサの形成時には、例え
ばイオン注入法、スパッタ法、ＣＶＤ法やエッチング加
工等の手段を用いることによって、まずシリコンウエハ
の表面側に各圧力センサの撓み検出素子と配線部とを形
成する。

【０００８】次に、例えばエッチング用の治具等を用い
てシリコンウエハの表面側を気密にシールし、この状態
でシリコンウエハの裏面側をＫＯＨ、ヒドラジン等のエ
ッチング液に浸すことによって裏面側だけにエッチング
加工を施し、各圧力センサの凹溝（ダイヤフラム部）を
形成する。

【０００９】この場合、エッチング加工時には、シリコ
ンウエハの表面全体を覆う単一の被膜部材等を予め形成
しておき、この被膜部材によって表面側をエッチング液
からシールする方法も用いられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による圧力センサの製造時には、シリコンウエハ
の表面側をシールした状態で裏面側だけをエッチング液
に浸すことにより、表面側の撓み検出素子と配線部とを
エッチング液から保護しつつ裏面側に凹溝をエッチング
加工するようにしている。

【００１１】しかし、圧力センサのダイヤフラム部は、
例えば１０〜１００μｍ程度の薄肉部位であることが多
いため、凹溝のエッチング加工中には、例えばシリコン
ウエハの品質不良や溝深さの寸法ばらつき等によって一
部の圧力センサのダイヤフラム部に亀裂等の損傷が生じ
ることがある。

【００１２】そして、この状態でエッチング加工を続け
ると、シリコンウエハの裏面側からエッチング液がダイ
ヤフラム部の亀裂等を通じて表面側に浸入し、このエッ
チング液は、シリコンウエハの表面と被膜部材との間に
形成された僅かな隙間等を通じて周囲に拡がる場合があ
る。

【００１３】このため、従来技術では、シリコンウエハ
を用いて多数の圧力センサを製造するときに、仮りに１
個のダイヤフラム部のみが損傷しただけでも、その周囲
に位置する他の正常な圧力センサの撓み検出素子や配線
部の電極パッド等がエッチング液によって浸食され、多
数の圧力センサが使用不能となることがあり、歩留まり
が低下するという問題がある。

【００１４】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、シリコンウエハに複数
個の半導体部品を効率よく形成でき、仮りに一部の半導
体部品が製造中に損傷した場合でも、他の半導体部品を
保護できると共に、歩留まりを向上できるようにした半
導体部品の製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、シリコンウエハの表面側に複数個の回
路素子を設け、シリコンウエハの裏面側にエッチング加
工を施して各回路素子に対応する位置に凹溝を形成して
なる半導体部品の製造方法に適用される。

【００１６】そして、請求項１の発明が採用する方法の
特徴は、シリコンウエハの表面側に前記各回路素子をそ
れぞれ別個に覆う複数個の保護膜を予め設けた後に、シ
リコンウエハの裏面側にエッチング加工によって前記凹
溝を形成することにある。

【００１７】これにより、凹溝のエッチング加工中に
は、仮りに一部の回路素子の位置で凹溝の底部側に位置
するシリコンウエハの表面側部位が損傷した場合でも、
この損傷部位からエッチング液等がシリコンウエハの表
面側に浸入するのを保護膜によって防止できると共に、
他の正常な回路素子をそれぞれの回路素子に設けられた
保護膜によってエッチング液等から保護することができ
る。

【００１８】また、請求項２の発明によると、シリコン
ウエハの表面側には前記各回路素子と該各回路素子から
出力される信号をそれぞれ外部に導く複数個の電極パッ
ドとを設けた後に、前記各回路素子と各電極パッドと前
記凹溝に対応する表面側の部位とを覆うように前記各保
護膜を設けている。

【００１９】これにより、一部の回路素子の位置で凹溝
の底部側に位置するシリコンウエハの表面側部位が損傷
した場合でも、この損傷部位を覆う保護膜によってエッ
チング液等がシリコンウエハの表面側に浸入するのを防
止できる。また、仮りにエッチング液が表面側に浸入し
た場合でも、他の正常な回路素子と電極パッドとをそれ
ぞれの保護膜によってエッチング液等から保護すること
ができる。

【００２０】さらに、請求項３の発明によると、シリコ
ンウエハの表面側には感光性の樹脂材料を用いて前記各
保護膜を形成している。

【００２１】これにより、例えばフォトリソグラフィ等
の手段を用いて複数個の保護膜を精度よく形成できると
共に、その除去を容易に行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
半導体部品の製造方法を用いて、ダイヤフラム型の圧力
センサを製造する場合を例に挙げ、添付図面を参照して
詳細に説明する。

【００２３】１は後述のシリコンウエハ１１を用いて製
造される半導体部品としての圧力センサで、該圧力セン
サ１は、図１ないし図３に示す如く、シリコンウエハ１
１の一部により構成された四角形状のシリコン基板２
と、該シリコン基板２の表面側中央に設けられた薄肉の
ダイヤフラム部３と、例えばピエゾ抵抗体等によって形
成され、該ダイヤフラム部３上に位置してシリコン基板
２の表面側に設けられた回路素子としての撓み検出素子
４と、例えばアルミニウム等の金属材料によって形成さ
れ、シリコン基板２の表面側に設けられた配線部５とを
含んで構成されている。

【００２４】ここで、基板２は、例えばホウ素等を添加
することによりｐ型のシリコン材料として形成された母
材部２Ａと、例えばリン等を添加することによりｎ型の
シリコン層として形成され、該母材部２Ａの表面側に設
けられた素子加工部２Ｂとから構成されている。そし
て、ダイヤフラム部３は、シリコン基板２の裏面側から
エッチング加工を施して母材部２Ａに略角錐状の凹溝６
を形成することにより、素子加工部２Ｂの一部を用いて
構成されると共に、撓み検出素子４はこの位置で素子加
工部２Ｂに埋設されている。

【００２５】また、配線部５は、例えば酸化シリコン、
窒化シリコン等からなる絶縁膜７を介してシリコン基板
２の表面側に形成され、その一端側は絶縁膜７に設けら
れたスルーホール７Ａを通じて撓み検出素子４に接続さ
れると共に、その他端側には例えばワイヤボンディング
等の手段によって外部に接続される電極パッド５Ａが設
けられている。

【００２６】さらに、シリコン基板２の表面側には、例
えば酸化シリコン、窒化シリコン等を用いて撓み検出素
子４と配線部５とを覆う保護用の絶縁膜８が表面全体に
設けられ、該絶縁膜８には、各配線部５の電極パッド５
Ａを外部に露出する電極取出孔８Ａ，８Ａが形成されて
いる。また、シリコン基板２の裏面側にもエッチング用
の開口９Ａを有する他の絶縁膜９が形成されている。

【００２７】本実施の形態に用いる圧力センサ１はこの
ように構成されるが、この圧力センサ１は、例えば空気
圧、油圧等によってシリコン基板２の両面側に圧力差が
生じると、ダイヤフラム部３が撓み変形し、その撓み変
形量に応じた検出信号を撓み検出素子４から各配線部５
を介して外部に出力するものである。

【００２８】次に、本実施の形態に用いる圧力センサ１
の製造方法について、図４ないし図１１を参照しつつ述
べる。

【００２９】ここで、１１は多数の圧力センサ１を製造
するために予め用意されたシリコンウエハで、該シリコ
ンウエハ１１は、例えば単結晶のシリコン材料等によっ
て略円板状に形成されている。また、シリコンウエハ１
１は、例えばｐ型のシリコン材料からなる母材部１１Ａ
と、該母材部１１Ａの表面側に設けられ、ｎ型のシリコ
ン層によって形成された素子加工部１１Ｂとからなり、
例えば図４中に示す仮想線に沿って切離すことにより各
シリコン基板２となるものである。

【００３０】そして、図５に示す素子形成工程では、例
えばレジスト膜、絶縁膜等のマスク（図示せず）を用い
て、シリコンウエハ１１の素子加工部１１Ｂのうち各圧
力センサ１に対応する所定の部位にホウ素等のイオン注
入を行い、素子加工部１１Ｂにピエゾ抵抗体からなる複
数個の撓み検出素子４を形成する。

【００３１】これにより、シリコンウエハ１１には、例
えば３００〜４００個程度の多数の撓み検出素子４が所
定の位置に形成されるので、その表面側に例えば熱酸化
法、ＣＶＤ法等の手段を用いて絶縁膜７を形成すると共
に、裏面側にも絶縁膜９を形成する。また、絶縁膜７に
はエッチング加工を施してスルーホール７Ａを形成す
る。

【００３２】次に、図６に示す電極形成工程では、例え
ばスパッタ法、ＣＶＤ法等を用いて絶縁膜７上にアルミ
ニウム等の金属膜を形成し、この金属膜にエッチング加
工を施すことにより、各圧力センサ１の配線部５をそれ
ぞれ形成する。そして、例えばＣＶＤ法等の手段を用い
て各圧力センサ１の撓み検出素子４と配線部５とを覆う
絶縁膜８を形成した後に、この絶縁膜８にエッチング加
工を施して電極取出孔８Ａを形成し、各配線部５の電極
パッド５Ａを露出させる。

【００３３】次に、図７に示す保護膜形成工程では、ま
ずシリコンウエハ１１の表面側に対して、例えばネガ形
の感光性樹脂材料等からなるレジスト膜１２を塗布して
設ける。そして、フォトリソグラフィ等の手段を用いる
ことにより、このレジスト膜１２を予め用意した露光マ
スク（図示せず）を用いて露光し、例えばレジスト膜１
２のうち各圧力センサ１のダイヤフラム部３と各配線部
５の電極パッド５Ａに対応する部位だけを選択的に感光
させた後に、これらの感光部位だけを残して未感光状態
の部位を除去する。

【００３４】これにより、シリコンウエハ１１の表面側
には、図８に示す如く、各圧力センサ１のシリコン基板
２のうち撓み検出素子４とダイヤフラム部３に対応する
部位とを覆う複数個の保護膜１３，１３，…と、各配線
部５の電極パッド５Ａ（絶縁膜８の電極取出孔８Ａ）を
覆う複数個の保護膜１４，１４，…とが、各圧力センサ
１毎にそれぞれ別個に形成される。

【００３５】次に、図９、図１０に示す凹溝形成工程で
は、例えば箱形状の治具１５を用いてシリコンウエハ１
１の裏面側にエッチング加工を施し、各圧力センサ１の
凹溝６を形成する。

【００３６】この場合、まず裏面側の絶縁膜９にエッチ
ング加工を施し、各圧力センサ１に対応する所定の位置
に開口９Ａ（図１０参照）を形成する。そして、シリコ
ンウエハ１１を治具１５内に収容し、この治具１５内に
設けられたシールリング１６，１６等を用いてシリコン
ウエハ１１の表面側を気密にシールした状態で、治具１
５に設けられた開口部１５Ａから例えばＫＯＨ、ヒドラ
ジン等のエッチング液をシリコンウエハ１１の裏面側だ
けに接触させる。

【００３７】これにより、シリコンウエハ１１の母材部
１１Ａには、絶縁膜９をマスクとして、単結晶シリコン
の特定の結晶面に沿って異方性のエッチング加工が施さ
れ、各圧力センサ１の凹溝６がそれぞれ形成される。こ
の結果、シリコンウエハ１１の素子加工部１１Ｂには、
各撓み検出素子４等に対応する所定の位置に薄肉のダイ
ヤフラム部３が形成される。

【００３８】次に、図１１に示す保護膜除去工程では、
例えばレジスト用の剥離剤等を用いてシリコンウエハ１
１の表面側から保護膜１３，１４を除去する。そして、
最後にシリコンウエハ１１を、図１１中の一点鎖線の位
置毎に切断し、各圧力センサ１としてシリコン基板２毎
に切離す。

【００３９】かくして、本実施の形態では、シリコンウ
エハ１１の裏面側にエッチング加工を施す前に、撓み検
出素子４を含めてダイヤフラム部３に対応する部位を覆
う複数個の保護膜１３，１３，…と、各配線部５の電極
パッド５Ａ（絶縁膜８の電極取出孔８Ａ）を覆う複数個
の保護膜１４，１４，…とを各圧力センサ１毎にそれぞ
れ別個に形成した後に、シリコンウエハ１１の裏面側に
エッチング加工を施してダイヤフラム部３を形成するよ
うにしている。

【００４０】これにより、裏面側のエッチング加工中に
は、例えば各圧力センサ１のうち一部センサのダイヤフ
ラム部３に亀裂等の損傷が生じた場合でも、この損傷部
位を保護膜１３によってシールでき、エッチング液がシ
リコンウエハ１１の裏面側からダイヤフラム部３の損傷
部位を通じて表面側に浸入するのを抑制することができ
る。

【００４１】そして、仮りにシリコンウエハ１１の表面
側にエッチング液が浸入した場合でも、他の正常な圧力
センサ１にそれぞれ設けられた保護膜１３，１４によっ
てこれらの正常な圧力センサ１を保護でき、各圧力セン
サの電極パッド５Ａ等がエッチング液によって浸食され
るのを確実に防止することができる。

【００４２】この場合、例えばシリコンウエハ１１の表
面全体を覆う単一のレジスト膜１２をそのまま保護膜と
して用いる方法も考えられるが、この方法では、ダイヤ
フラム部３の損傷部位から浸入するエッチング液がシリ
コンウエハ１１とレジスト膜１２との間に形成された僅
かな隙間を通じて周囲の正常な圧力センサ１に達し、そ
の電極パッド５Ａ等を浸食する虞れがある。

【００４３】これに対し、本実施の形態では、各圧力セ
ンサ１毎に保護膜１３，１４を別個に形成することによ
り、仮りに１個の圧力センサ１が損傷した場合でも、そ
の損傷部位から浸入するエッチング液に対して他の正常
な圧力センサ１を保護でき、単一のシリコンウエハ１１
を用いて多数の圧力センサ１を効率よく製造できると共
に、その損傷を最小限に抑えて歩留まりを向上させるこ
とができる。

【００４４】また、例えば感光性の樹脂材料を用いて保
護膜１３，１４を形成したので、フォトリソグラフィ等
の手段を用いて複数個の保護膜１３，１４を精度よく形
成できると共に、その除去を容易に行うことができる。
しかも、ネガ形の感光性樹脂材料を用いることによっ
て、例えばＫＯＨ、ヒドラジン等からなるアルカリ性の
エッチング液に対して保護膜１３，１４の耐久性を向上
させることができる。

【００４５】なお、実施の形態では、ネガ形の感光性樹
脂材料を用いて保護膜１３，１４を形成する場合を例に
挙げて述べたが、本発明はこれに限らず、例えばレジス
ト膜のうち未感光状態の部位を残して感光部位を除去す
るポジ形の感光性樹脂材料を用いて保護膜を形成しても
よく、また保護膜として感光性樹脂材料以外の各種材料
を用いてもよい。

【００４６】また、実施の形態では、半導体部品として
圧力センサを製造する場合を例に挙げて述べたが、本発
明はこれに限らず、例えば白金等の感温抵抗体からなる
回路素子を基板に設けたダイヤフラム上に形成し、この
回路素子によって流体の流量または流速を検出する構成
とした流量・流速センサを製造する場合に適用してもよ
い。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、シリコンウエハの表面側に各回路素子をそれぞれ
別個に覆う複数個の保護膜を予め設けた後に、シリコン
ウエハの裏面側にエッチング加工によって凹溝を形成す
るようにしたから、凹溝のエッチング加工中には、例え
ば一部の回路素子の位置でシリコンウエハの表面側部位
が損傷した場合でも、この損傷部位を保護膜によってシ
ールできると共に、仮りにこの損傷部位を通じてシリコ
ンウエハの裏面側から表面側にエッチング液等が浸入し
た場合でも、他の正常な回路素子をそれぞれの回路素子
に設けられた保護膜によって確実に保護することができ
る。これにより、例えばシリコンウエハの表面全体を覆
う単一の保護膜を用いる場合と比較しても、他の正常な
回路素子がエッチング液等によって浸食されるのを確実
に防止でき、単一のシリコンウエハを用いて多数の半導
体部品を効率よく製造できると共に、その損傷を最小限
に抑えて歩留まりを向上させることができる。

【００４８】また、請求項２の発明によると、シリコン
ウエハの表面側には各回路素子と各電極パッドと凹溝に
対応する表面側の部位とを覆うように保護膜を設けるも
のとしたので、一部の回路素子の位置でシリコンウエハ
の表面側部位が損傷した場合でも、この損傷部位を覆う
保護膜によってエッチング液等がシリコンウエハの表面
側に浸入するのを防止でき、仮りにエッチング液が表面
側に浸入した場合でも、他の正常な回路素子と電極パッ
ドとをそれぞれの保護膜によってエッチング液等から確
実に保護することができる。

【００４９】さらに、請求項３の発明によると、シリコ
ンウエハの表面側には感光性の樹脂材料を用いて保護膜
を形成するようにしたので、例えばフォトリソグラフィ
等の手段を用いて複数個の保護膜を精度よく形成できる
と共に、その除去を容易に行うことができる。しかも、
樹脂材料の種類を必要に応じて選択することにより、エ
ッチング液に対して保護膜の耐久性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に適用される圧力センサの拡大斜視
図である。

【図２】実施の形態に適用される圧力センサの平面図で
ある。

【図３】図２中の矢示III − III方向からみた圧力セン
サの縦断面図である。

【図４】本発明の実施の形態の製造方法に用いるシリコ
ンウエハの斜視図である。

【図５】シリコンウエハの表面側に各圧力センサの撓み
検出素子を形成した状態を示す縦断面図である。

【図６】各圧力センサの配線部を形成した状態を示す縦
断面図である。

【図７】各圧力センサ毎に保護膜を形成した状態を示す
縦断面図である。

【図８】各圧力センサの保護膜を示す図７の平面図であ
る。

【図９】治具等を用いてシリコンウエハの裏面側をエッ
チング加工する状態を示す断面図である。

【図１０】図９中のａ部を拡大して示すシリコンウエハ
の縦断面図である。

【図１１】エッチング加工後に保護膜を除去した状態を
示すシリコンウエハの縦断面図である。

【符号の説明】

１圧力センサ（半導体部品）４撓み検出素子（回路素子）５配線部５Ａ電極パッド６凹溝１３，１４保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF43 GG01 4M112 AA01 BA01 CA11 CA13 CA14 DA04 DA09 DA10 EA03 EA06 EA07 EA11 EA14 5F043 AA02 BB02 CC09 CC16 DD30 EE15 FF01 FF10 GG10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンウエハの表面側に複数個の回路
素子を設け、シリコンウエハの裏面側にエッチング加工
を施して前記各回路素子に対応する位置に凹溝を形成し
てなる半導体部品の製造方法において、シリコンウエハ
の表面側に前記各回路素子をそれぞれ別個に覆う複数個
の保護膜を予め設けた後に、シリコンウエハの裏面側に
エッチング加工によって前記凹溝を形成してなる半導体
部品の製造方法。
【請求項２】前記シリコンウエハの表面側には前記各
回路素子と該各回路素子から出力される信号をそれぞれ
外部に導く複数個の電極パッドとを設けた後に、前記各
回路素子と各電極パッドと前記凹溝に対応する表面側の
部位とを覆うように前記各保護膜を設けてなる請求項１
に記載の半導体部品の製造方法。
【請求項３】前記シリコンウエハの表面側には感光性
の樹脂材料を用いて前記各保護膜を形成してなる請求項
１または２に記載の半導体部品の製造方法。