JP2003294556A - 半導体装置の製造方法及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄肉部のような脆弱な構造体を有する半導体
装置を破損することなく形成する製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 半導体基板１に堀込加工を施すことによ
り、薄肉部２１と、薄肉部２１に周設された厚肉部１１
とを有した半導体装置の製造方法。薄肉部２１に相当す
る位置を所定の厚みよりも厚く残すようにエッチングす
る第１の工程と、厚肉部１１をダイシングして半導体基
板１から薄肉部２１を有したチップを分割する第２の工
程と、薄肉部２１に相当する位置が所定の厚みになるま
で堀込加工を施して薄肉部２１を形成する第３の工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、例えば、半導体圧力センサのように、特に
薄肉部を有する半導体装置の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法として、半
導体圧力センサの製造方法を一例に図５に示す。このも
のは、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１０１に、
略四角環状の枠部（厚肉部）１０２と、その内側に略四
角形状の薄肉部１０３を有したダイヤフラム１０４を形
成したセンサチップ１００，１００，…が複数形成され
ている。この薄肉部１０３は作用する圧力により半導体
基板１０１の厚み方向に動くようになっている。また、
半導体基板１０１の表裏面には窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）１
０５，１０５が形成されている。

【０００３】そして、この半導体圧力センサの製造の際
には、まず、ダイシング前の半導体基板１０１にダイシ
ング用の粘着シート１０６を貼り付ける。この際、半導
体基板１０１のダイヤフラム１０４を形成した面が粘着
シート１０６の粘着面と重なるように貼り付ける。

【０００４】次いで、半導体基板１０１をダイシング装
置（図示せず）にセットし、ダイシングブレード１０７
が枠部１０２の所定の位置を裁断するようにダイシング
することにより、センサチップ１００，１００，…を個
別に分割することができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、薄
肉部１０３が比較的厚い、例えば、約１０μｍ以上の厚
みを持つ場合には素子の分割が比較的容易に行えるた
め、分割工法として非常に有効であるが、高感度化や小
型化等により薄肉部１０３の厚さが薄くなるに伴ってそ
の機械的な強度が非常に小さくなるため、ダイシング時
の洗浄冷却水やダイシングブレード１０７の振動等によ
り、薄肉部１０３が破損してしまうという問題が生じる
恐れがある。

【０００６】本発明は、上記の点を鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、脆弱になる恐れのある
薄肉部のような構造体を有する半導体装置を破損するこ
となく形成する半導体装置の製造方法及び半導体装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法においては、半導体
基板に堀込加工を施すことにより、薄肉部と、薄肉部に
周設された厚肉部とを有した半導体装置の製造方法であ
って、前記薄肉部に相当する位置を所定の厚みよりも厚
く残すようにエッチングする第１の工程と、前記厚肉部
をダイシングして半導体基板から前記薄肉部を有したチ
ップを分割する第２の工程と、前記薄肉部に相当する位
置が所定の厚みになるまで堀込加工を施して薄肉部を形
成する第３の工程と、を備えたことを特徴としている。

【０００８】請求項２に係る発明の半導体装置の製造方
法は、請求項１記載の方法において、前記半導体基板
は、薄肉部と所定の間隔を有するように設けられた埋め
込み酸化膜層を備えたＳＯＩ基板であって、前記第１の
工程として埋め込み酸化膜層までエッチングすることと
している。

【０００９】請求項３に係る発明の半導体装置の製造方
法は、請求項１記載の方法において、前記半導体基板
は、厚み方向の中央付近に第１の埋め込み酸化膜層と、
薄肉部の直下に第２の埋め込み酸化膜層を備えたＳＯＩ
基板であって、前記第１の工程として第１の埋め込み酸
化膜層までエッチングし、前記第３の工程として第２の
埋め込み酸化膜層までエッチングすることとしている。

【００１０】請求項４に係る発明の半導体装置の製造方
法は、請求項１乃至３いずれかに記載の方法において、
前記第１の工程及び前記第２の工程のエッチングは、異
方性のドライエッチングであることとしている。

【００１１】請求項５に係る発明の半導体装置は、半導
体基板に堀込加工を施すことにより、薄肉部と、薄肉部
に周設された厚肉部とを有した半導体装置であって、前
記薄肉部を所定の厚みよりも厚く残すようにエッチング
し、前記厚肉部をダイシングして半導体基板から薄肉部
を有したチップを分割した後に薄肉部が所定の厚みにな
るまで堀込加工を施して形成されることを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示例に基づいて
説明する。また、半導体装置においては、半導体圧力セ
ンサに具体化する。

【００１３】［第１の実施形態］図１は、本実施形態に
係る半導体圧力センサを示す斜視図であり、図２は、本
実施形態に係る半導体圧力センサの製造方法を示す工程
図である。

【００１４】半導体圧力センサは、このものに作用した
圧力を電気信号に変換して出力するものであり、例え
ば、単結晶のシリコンからなるｎ型半導体基板１にて形
成されている。その構成は、平面視において略四角環状
をなした枠部（厚肉部）１１と、その内方に薄肉部２１
を有するダイヤフラム２とを備えている。

【００１５】また、枠部１１，１１の外方の側壁は、断
面視において側壁の略中央部が凹む斜状面１５，１５に
よって構成されている。

【００１６】また、薄肉部２１の上面（図１の上側）及
び枠部１１と薄肉部２１との境界位置には、半導体圧力
センサに作用した圧力にて生じる薄肉部の歪みにより抵
抗値が変化するピエゾ抵抗素子１２，１２，…が、薄肉
部２１の中央付近及び薄肉部２１と枠部１１との境界上
にそれぞれ２個ずつ形成されており、合計４個のピエゾ
抵抗素子１２，１２，…でブリッジ回路を構成するよう
に拡散配線１３，１３，…にて相互接続されている。ま
た、検出した圧力信号は電極１４，１４を介して出力さ
れる。

【００１７】次に、このように構成した半導体圧力セン
サの製造工程を説明する。まず、ｎ型半導体基板１の表
面（図１の上側）の薄肉部２１及び枠部１１と薄肉部２
１との境界位置に所定の領域にボロンイオン（Ｂ＋）を
拡散させ、ピエゾ抵抗素子１２，１２，…及び拡散配線
１３，１３，…を形成する。

【００１８】次いで、アルミニウム（Ａｌ）をスパッタ
し、所定の部分をエッチングにより除去して電極１４，
１４を形成後、ＣＶＤ法を用いて保護膜（図示せず）を
形成する。

【００１９】次いで、半導体基板１の表裏面（図１の上
下側）にエッチングマスクとしての窒化膜３を形成し、
ダイヤフラム２を形成する位置の窒化膜３をエッチング
により除去する（図２（ａ））。

【００２０】次いで、例えば、９０℃に加熱したＴＭＡ
Ｈ（水酸化テトラメチルアンモニウム）の１１％水溶液
を用い、少なくとも完成状態における薄肉部２１の下面
に対して１０μｍ以上の厚さが残るようにｎ型半導体基
板１のダイヤフラム２の形成面側を異方性エッチングす
る。このときのエッチングレートは約０．８μｍ／分で
ある（図２（ｂ））。

【００２１】そして、ｎ型半導体基板１のダイヤフラム
２の形成面側にダイシング用の粘着シート４を貼り付け
る。そして、ｎ型半導体基板１をダイシング装置にセッ
トし、ダイシングブレード５にて枠部１１，１１の所定
の位置を裁断し、半導体圧力センサを個別に分割する
（図２（ｃ））。

【００２２】最後に、分割した半導体圧力センサを粘着
シート４から剥がして所定の治具にセットし、最初の異
方性エッチングと同様に９０℃に加熱したＴＭＡＨ（水
酸化テトラメチルアンモニウム）の１１％水溶液を用い
てダイヤフラム２をさらにエッチングし、例えば、５μ
ｍの厚みの薄肉部２１を形成して半導体圧力センサを完
成する。このとき、枠部１１，１１の外方の側壁も同時
に異方性エッチングされるので、その形状は、断面視に
おいて枠部１１，１１の内方に向かってＶ字状に凹んだ
形状となる（図２（ｄ））。

【００２３】このようにして製造した半導体圧力センサ
によると、ダイヤフラム２を途中まで異方性エッチング
して薄肉部２１を厚い状態にしておく第１の工程と、そ
の状態でダイシングを行って半導体圧力センサを個別に
分割する第２の工程と、さらに異方性エッチングを施し
て所定の厚みの薄肉部２１を得る第３の工程とを経るこ
とにより、脆弱になる恐れのある薄肉部２１のような構
造体の破損を低減させ、歩留まりを向上させることがで
きる。

【００２４】［第２の実施形態］図３は、本実施形態に
係る半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
この半導体圧力センサは、それを形成する半導体基板が
第１の実施形態と異なるもので、他の構成要素及びダイ
ヤフラム２の形成以前の工程は第１の実施形態と実質的
に同一であるので説明を省略する。また、同一部材にお
いては、第１の実施形態と同一の番号を付す。

【００２５】半導体基板は、その厚み方向の中央付近に
埋め込み酸化膜層６１を備えたシリコンからなるＳＯＩ
基板６である。

【００２６】その製造方法は、まず、ＳＯＩ基板６の表
裏面（図３の上下側）にエッチングマスクとしての窒化
膜３を形成し、ダイヤフラム２を形成する位置の窒化膜
３をエッチングにより除去する（図３（ａ））。

【００２７】次いで、例えば、９０℃に加熱したＴＭＡ
Ｈ（水酸化テトラメチルアンモニウム）の１１％水溶液
を用い、埋め込み酸化膜層６１までＳＯＩ基板６のダイ
ヤフラム２の形成面を異方性エッチングする。このとき
のエッチングレートは約０．８μｍ／分である（図３
（ｂ））。

【００２８】次いで、ダイヤフラム２内に露出した埋め
込み酸化膜層６１をＣＨＦ３ガスを用いたプラズマエッ
チングにより除去した後、ＳＯＩ基板６のダイヤフラム
２の形成面側にダイシング用の粘着シート４を貼り付け
る。そして、ＳＯＩ基板６をダイシング装置にセット
し、ダイシングブレード５にて枠部１１，１１の所定の
位置を裁断し、半導体圧力センサを個別に分割する（図
３（ｃ））。

【００２９】最後に、分割した半導体圧力センサを粘着
シート４から剥がして所定の治具にセットし、最初の異
方性エッチングと同様に９０℃に加熱したＴＭＡＨ（水
酸化テトラメチルアンモニウム）の１１％水溶液を用い
てダイヤフラム２をさらにエッチングし、所定の厚みの
薄肉部２１を形成して半導体圧力センサを完成する。こ
のとき、枠部１１，１１の外方の側壁のシリコン露出部
も同時に異方性エッチングされるので、その形状は、断
面視において２つのシリコン露出部が枠部１１，１１の
内方に向かってＶ字状に凹んだ形状となる（図３
（ｄ））。

【００３０】このようにして製造した半導体圧力センサ
によると、半導体基板にＳＯＩ基板６を用いるととも
に、ダイヤフラム２をＳＯＩ基板６の中央付近に形成さ
れた埋め込み酸化膜層６１まで異方性エッチングしてお
く第１の工程と、その状態でダイシングを行って半導体
圧力センサを個別に分割する第２の工程と、さらに異方
性エッチングを施して所定の厚みの薄肉部２１を得る第
３の工程とを経ることにより、第１の工程におけるエッ
チングを埋め込み酸化膜層６１にて自動的に停止させる
ことができるので、エッチングの時間管理工程を簡略化
すると共に、脆弱になる恐れのある薄肉部２１のような
構造体の破損を低減させて歩留まりを向上させることが
できる。また、埋め込み酸化膜層６１をＳＯＩ基板６の
中央付近に設けることにより、半導体圧力センサの側面
のエッチング面が約半分に分割されるので、第１及び第
３の工程での異方性エッチングによる半導体圧力センサ
の側面のエッチング量を半減することができ、そのチッ
プサイズの縮小化を抑制できる。

【００３１】なお、埋め込み酸化膜層６１を備える位置
は、ＳＯＩ基板６の中央付近が最も望ましいが、側面の
エッチング量が許容範囲内にあるならば中央付近に限定
されるものではなく、薄肉部２１と所定の間隔を有して
いれば適宜設計できるものである。

【００３２】［第３の実施形態］図４は、本実施形態に
係る半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
この半導体圧力センサは、それを形成する半導体基板が
第１及び第２の実施形態と異なるもので、他の構成要素
及びダイヤフラム２の形成以前の工程は第１及び第２の
実施形態と実質的に同一であるので説明を省略する。ま
た、同一部材においては、第１の実施形態と同一の番号
を付す。

【００３３】半導体基板は、その厚み方向の中央付近に
第１の埋め込み酸化膜層７１と、薄肉部２１の直下に第
２の埋め込み酸化膜層７２を備えたシリコンからなるＳ
ＯＩ基板７である。

【００３４】その製造方法は、まず、ＳＯＩ７の表裏面
（図４の上下側）にエッチングマスクとしての窒化膜３
を形成し、ダイヤフラム２を形成する位置の窒化膜３を
エッチングにより除去する（図４（ａ））。

【００３５】次いで、例えば、９０℃に加熱したＴＭＡ
Ｈ（水酸化テトラメチルアンモニウム）の１１％水溶液
を用い、第１の埋め込み酸化膜層７１までＳＯＩ基板７
のダイヤフラム２の形成面を異方性エッチングする。こ
のときのエッチングレートは約０．８μｍ／分である
（図４（ｂ））。

【００３６】次いで、ダイヤフラム２内に露出した第１
の埋め込み酸化膜層７１をＣＨＦ３ガスを用いたプラズ
マエッチングにより除去した後、ＳＯＩ基板７のダイヤ
フラム２の形成面側にダイシング用の粘着シート４を貼
り付ける。そして、ＳＯＩ基板７をダイシング装置にセ
ットし、ダイシングブレード５にて枠部１１の所定の位
置を裁断し、半導体圧力センサを個別に分割する（図４
（ｃ））。

【００３７】そして、分割した半導体圧力センサを粘着
シート４から剥がして所定の治具にセットし、最初の異
方性エッチングと同様に９０℃に加熱したＴＭＡＨ（水
酸化テトラメチルアンモニウム）の１１％水溶液を用い
てダイヤフラム２を第２の埋め込み酸化膜層７２までエ
ッチングする。このとき、枠部１１，１１の外方の側壁
のシリコン露出部も同時に異方性エッチングされるの
で、その形状は、断面視において３つのシリコン露出部
が枠部１１，１１の内方に向かってＶ字状に凹んだ形状
となる（図４（ｄ））。

【００３８】最後に、ダイヤフラム２内に露出した第２
の埋め込み酸化膜層７２をＣＨＦ３ガスを用いたプラズ
マエッチングにより除去して所定の厚みの薄肉部２１を
形成し、半導体圧力センサを完成する（図４（ｅ））。

【００３９】このようにして製造した半導体圧力センサ
によると、半導体基板にＳＯＩ基板７を用いるととも
に、ダイヤフラム２をＳＯＩ基板７の中央付近に形成さ
れた第１の埋め込み酸化膜層７１まで異方性エッチング
しておく第１の工程と、その状態でダイシングを行って
半導体圧力センサを個別に分割する第２の工程と、さら
に薄肉部２１の直下に形成された第２の埋め込み酸化膜
層７２まで異方性エッチングを施して所定の厚みの薄肉
部２１を得る第３の工程とを経ることにより、第１及び
第３の工程におけるエッチングを第１及び第２の埋め込
み酸化膜層７１，７２にて自動的に停止させることがで
きるので、エッチングの時間管理工程を簡略化すると共
に、薄肉部２１の膜厚を高精度に管理でき、圧力検出を
高精度化することができる。また、脆弱になる恐れのあ
る薄肉部２１のような構造体の破損をより低減させて歩
留まりを向上させることができる。さらに、埋め込み酸
化膜層７１，７２をＳＯＩ基板７の中央付近と薄肉部２
１の直下に設けることにより、半導体圧力センサの側面
が複数に分割されるので、第１及び第３の工程での異方
性エッチングによる半導体圧力センサの側面のエッチン
グ量を低減することができ、そのチップサイズの縮小化
を抑制できる。

【００４０】なお、第１の埋め込み酸化膜層７１を備え
る位置は、ＳＯＩ基板７の中央付近が最も望ましいが、
側面のエッチング量が許容範囲内にあるならば中央付近
に限定されるものではなく、第２の埋め込み酸化膜層７
２と所定の間隔を有していれば適宜設計できるものであ
る。

【００４１】以上、３つの実施形態について半導体装置
を半導体圧力センサにして説明してきたが、この半導体
装置は半導体圧力センサに限定されるものではなく、薄
肉部を有するもの、例えば、半導体加速度センサや半導
体アクチュエータについても適用されるものである。

【００４２】また、ダイヤフラム２のエッチングをウエ
ットエッチングを用いた方法で説明したが、そのすべて
において異方性エッチングをドライエッチングにて実施
することも可能である。この場合、エッチングレートは
ウエットエッチングより遅い（約１０００Å／分）が、
アスペクト比の高い異方性エッチングをすることがで
き、さらに、半導体圧力センサの側面がエッチングされ
ることもなくなる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１に係る発明の半導体装置の製造
方法は、薄肉部に相当する位置を所定の厚みよりも厚く
残すようにエッチングし、次いで厚肉部をダイシングし
て半導体基板から前記薄肉部を有したチップを分割し、
次いで薄肉部に相当する位置が所定の厚みになるまで堀
込加工を施して薄肉部を形成するので、ダイシング時の
薄肉部の厚みは、洗浄冷却水やダイシングブレードの振
動等で破損する厚さでなくなり、脆弱になる恐れのある
構造体の破損が低減すると共に歩留まりの良い半導体装
置を形成することができる。

【００４４】請求項２に係る発明の半導体装置の製造方
法は、請求項１の効果に加えて、薄肉部と所定の間隔を
有するように設けられた埋め込み酸化膜層を備えたＳＯ
Ｉ基板を用いているので、第１の工程で埋め込み酸化膜
層までエッチングする際、エッチングはその埋め込み酸
化膜層にて自動的に停止させることができ、エッチング
の工程を簡略化することができると共に半導体装置の側
面のエッチング量を低減することができ、そのチップサ
イズの縮小化を抑制できる。

【００４５】請求項３に係る発明の半導体装置の製造方
法は、請求項１の効果に加えて、厚み方向の中央付近に
第１の埋め込み酸化膜層と、薄肉部の直下に第２の埋め
込み酸化膜層を備えたＳＯＩ基板を用いているので、第
１の工程で第１の埋め込み酸化膜層までエッチングする
際、エッチングはその埋め込み酸化膜層にて自動的に停
止させることができ、エッチングの工程を簡略化するこ
とができる。また、第３の工程で第２の埋め込み酸化膜
層までエッチングする際、エッチングはその埋め込み酸
化膜層にて自動的に停止させることができ、エッチング
の工程を簡略化すると共に薄肉部の膜厚を高精度に管理
できる。また、半導体装置の側面のエッチング量を低減
することができ、そのチップサイズの縮小化を抑制でき
る。

【００４６】請求項４に係る発明の半導体装置の製造方
法は、請求項１乃至３いずれかの効果に加えて、第１の
工程及び第２の工程は異方性のドライエッチングである
ので、アスペクト比の高い異方性エッチングをすること
ができ、さらに、半導体装置の側面がエッチングされる
こともなくなる。

【００４７】請求項５に係る発明の半導体装置は、薄肉
部を所定の厚みよりも厚く残すようにエッチングした
後、厚肉部をダイシングして半導体基板から薄肉部を有
したチップを分割し、さらに、薄肉部が所定の厚みにな
るまで堀込加工を施して形成するので、脆弱になる恐れ
のある構造体の破損が低減して、歩留まりの向上した半
導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の全ての実施形態に係る半導体圧力セ
ンサを示す斜視図である。

【図２】 本発明の第１の実施形態に係る半導体圧力セ
ンサの製造方法を示す断面図である。

【図３】 本発明の第２の実施形態に係る半導体圧力セ
ンサの製造工程を示す断面図である。

【図４】 本発明の第３の実施形態に係る半導体圧力セ
ンサの製造工程を示す断面図である。

【図５】 従来の半導体圧力センサの製造工程を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 １１ 枠部（厚肉部） ２ ダイヤフラム ２１ 薄肉部 ６ ＳＯＩ基板 ６１ 埋め込み酸化膜層 ７ ＳＯＩ基板 ７１ 第１の埋め込み酸化膜層 ７２ 第２の埋め込み酸化膜層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｈ０１Ｌ 21/78 Ｌ Ｓ (72)発明者 荻原 淳 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 奥戸 崇史 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高見 茂成 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 可児 充弘 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 DD05 EE14 FF43 FF49 GG01 4M112 AA01 AA02 BA01 CA01 CA12 CA16 DA03 DA04 DA06 DA09 DA12 DA13 DA16 EA03 EA06 EA07 EA10 EA11 FA20 5F043 AA02 BB02 DD15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に堀込加工を施すことによ
   り、薄肉部と、薄肉部に周設された厚肉部とを有した半
   導体装置の製造方法であって、 前記薄肉部を所定の厚みよりも厚く残すようにエッチン
   グする第１の工程と、 前記厚肉部をダイシングして半導体基板から前記薄肉部
   を有したチップを分割する第２の工程と、 前記薄肉部が所定の厚みになるまで堀込加工を施して薄
   肉部を形成する第３の工程と、を備えたことを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記半導体基板は、薄肉部と所定の間隔
   を有するように設けられた埋め込み酸化膜層を備えたＳ
   ＯＩ基板であって、前記第１の工程として埋め込み酸化
   膜層までエッチングする請求項１記載の半導体装置の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記半導体基板は、厚み方向の中央付近
   に第１の埋め込み酸化膜層と、薄肉部の直下に第２の埋
   め込み酸化膜層を備えたＳＯＩ基板であって、前記第１
   の工程として第１の埋め込み酸化膜層までエッチング
   し、前記第３の工程として第２の埋め込み酸化膜層まで
   エッチングする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１の工程及び前記第２の工程のエ
   ッチングは、異方性のドライエッチングである請求項１
   乃至３いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 半導体基板に堀込加工を施すことによ
   り、薄肉部と、薄肉部に周設された厚肉部とを有した半
   導体装置であって、 前記薄肉部を所定の厚みよりも厚く残すようにエッチン
   グし、前記厚肉部をダイシングして半導体基板から薄肉
   部を有したチップを分割した後に薄肉部が所定の厚みに
   なるまで堀込加工を施して形成されることを特徴とする
   半導体装置。