JP2003332587A - メンブレンを有する半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板の表面側に形成された空洞部を
メンブレンにて気密に封止してなる表面加工式の圧力セ
ンサにおいて、メンブレン特性を確保しつつ、空洞部に
おける信頼性の高い気密封止を行うことができるように
する。 【解決手段】 シリコン基板１０の一面上における空洞
部２０を形成する予定の部位に犠牲層６０を形成する工
程と、犠牲層６０を覆うようにシリコン基板１０の一面
上に、メンブレン３０となる第１の膜３４を形成する工
程と、第１の膜３４の上に、加熱時に粘性流動可能な第
２の膜３６を形成する工程と、第２の膜３６の表面から
犠牲層６０に到達するエッチングホール７０を形成する
工程と、エッチングホール７０を介して犠牲層６０をエ
ッチング除去することにより空洞部２０を形成する工程
と、第２の膜３６を加熱して粘性流動させることにより
エッチングホール７０を塞ぐ工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面加工式のメン
ブレンを有する半導体装置およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の半導体装置は、半導体基板の表
面側に形成された空洞部と、半導体基板の表面側にて空
洞部を覆って気密に封止するメンブレンとを有する。そ
して、これら空洞部およびメンブレンともに、半導体基
板の表面側からの成膜やエッチング等によって形成され
るものである。

【０００３】このようなものとしては、例えば、シリコ
ン表面加工式圧力センサが知られている。この圧力セン
サは、シリコンウェハの歪みゲージ・電極等を形成する
面から所望の部位をエッチングして除去することによっ
て、メンブレンとしてのダイアフラムならびに空洞部と
しての圧力基準室を形成する方式のものである。

【０００４】このようなシリコン表面加工式圧力センサ
としては、特表２００１−５０４９９４号公報に記載の
ものが提案されている。この圧力センサを製造するため
の従来の一般的な製造方法を図５に示す。

【０００５】まず、図５（ａ）に示すように、シリコン
基板５００の一面に、Ｐ型不純物拡散層（Ｐ−ｗｅｌ
ｌ）等からなる下部電極５１０を形成した後、その上に
酸化シリコン膜５２０を形成する。

【０００６】次に、図５（ｂ）に示すように、不純物が
ドープされた多結晶シリコン膜５３０を成膜し、所望の
形状に加工するとともに、この多結晶シリコン膜５３０
においてはその表面から酸化シリコン膜５２０まで到達
するエッチングホール５４０を形成する。

【０００７】次に、図５（ｃ）に示すように、センサ部
以外をレジスト５５０等で保護した後、上記多結晶シリ
コン５３０のエッチングホール５４０を通して、その下
の酸化シリコン膜５２０をＨＦ（フッ酸）等を用いて、
エッチングし除去する。それにより、酸化シリコン膜５
２０が除去された部分において、圧力基準室５６０およ
び多結晶シリコン膜５３０からなるメンブレンが形成さ
れる。

【０００８】次に、図５（ｄ）に示すように、レジスト
５５０を除去した後、酸化シリコン膜５７０を成膜し
て、多結晶シリコン膜５３０のエッチングホール５４０
を塞ぐことにより、圧力基準室５６０を気密に封止す
る。

【０００９】次に、図５（ｅ）に示すように、下部電極
５１０や多結晶シリコン膜５３０の取り出し部である電
極５８０をＡｌ等により形成するとともに、窒化シリコ
ン等からなる保護膜５９０を形成する。

【００１０】次に、図５（ｆ）に示すように、上記メン
ブレンにおける変形部５０５を規定するため、メンブレ
ンにおける所望の位置にて保護膜５９０および酸化シリ
コン膜５７０を除去する。この除去された部分は周囲に
比べて薄く変形しやすくなることから、この除去された
部分の内周側が変形部５０５として規定される。

【００１１】ここで、変形部５０５を規定する理由は、
犠牲層としての酸化シリコン膜５２０をエッチング除去
して空洞部としての圧力基準室５６０を形成する際に、
このエッチングのストッパとなる部分が無いため、メン
ブレンのサイズを正確に所望のサイズにすることが困難
なことによる。

【００１２】このような圧力センサは、平行平板式の容
量検出型の圧力センサとして機能する。すなわち、上部
電極である多結晶シリコン膜５３０と下部電極５１０と
の間にコンデンサが形成されており、圧力の印加によっ
て変形部５０５が変位するとこれら上下電極５１０、５
３０間の距離が変化し、容量も変化する。この容量変化
を検出することで圧力検出がなされる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記圧力セ
ンサに代表されるような表面加工式の半導体装置に対し
て、裏面加工式の半導体装置が知られている。例えば、
シリコン裏面加工式の圧力センサは、シリコンウェハの
歪みゲージ・電極等を形成する面とは反対の面から所望
の部位をエッチングして除去することによって、メンブ
レンとしてのダイアフラムを形成した後、当該反対の面
とガラス台座とを接合して空洞部としての圧力基準室を
形成するものである。

【００１４】このような裏面加工式と表面加工式とを比
較した場合、シリコン基板そのものをエッチング除去し
て圧力基準室を形成する裏面加工式に比べ、犠牲層をエ
ッチング除去して圧力基準室を形成する表面加工式で
は、圧力基準室の容積がおおよそ２桁以上小さい場合が
多い。

【００１５】そのため、表面加工式においては、圧力基
準室のわずかな内圧変動がセンサ特性に敏感に影響して
くることから、いっそう高い気密性が要求されるように
なっている。

【００１６】ここで、上記図５において、圧力基準室５
６０の気密性は、（ｄ）の工程におけるエッチングホー
ル５４０の封止膜である酸化シリコン膜５７０の成膜方
法に大きく依存する。

【００１７】半導体プロセスに整合する成膜方法として
は、従来よりＣＶＤ法（化学的気相成長法）やＰＶＤ
（物理的気相成長法）といった方法が一般的に行われて
いるが、それぞれに以下に示すような問題があり、高い
信頼性を得ることは困難である。

【００１８】まず、減圧ＣＶＤ法で酸化シリコン膜５７
０を形成する場合、成膜材料がエッチングホール５４０
から圧力基準室５６０内へ回り込む。そのため、酸化シ
リコン膜５７０が圧力基準室５６０内にも成膜され、メ
ンブレンの厚さが変化し、メンブレンの変形に支障をき
たす。最悪の場合は、酸化シリコン膜５７０が支柱とな
ってメンブレンの変形を拘束する場合も想定される。

【００１９】また、常圧ＣＶＤ法で酸化シリコン膜５７
０を形成する場合、圧力基準室５６０内の圧力が大気圧
になるので、環境温度で圧力基準室５６０内の圧力が、
ボイルシャルルの法則により変動する。それにより、上
記減圧ＣＶＤ法の場合と同様、メンブレンの変形に支障
をきたす。特に、検出圧力が低い場合には、センサ出力
の温度特性が大きく調整が困難となる。

【００２０】また、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）法で
酸化シリコン膜５７０を形成する場合、酸化シリコン膜
５７０の成膜過程から、エッチングホール５４０の開口
部等に存在する段差部にてスリット５７５が発生する
（図５（ｄ）参照）。このスリット５７５はクラックや
割れ目等のことであり、それにより、酸化シリコン膜５
７０のシール長が短くなるなど、気密信頼性を確保する
ことが困難となる。

【００２１】また、電子ビーム蒸着、スパッタリング等
のＰＶＤ法で酸化シリコン膜５７０を形成する場合、上
記Ｐ−ＣＶＤ法の場合と同様、段差部におけるステップ
カバレージが悪く、酸化シリコン膜５７０のシール長が
短くなるなど、気密信頼性を確保することが困難とな
る。

【００２２】このように、従来のエッチングホールの封
止膜の成膜方法においては、その成膜過程における封止
膜の圧力基準室（空洞部）内への回り込みや圧力基準室
内の圧力変動によってメンブレン特性が確保できなかっ
たり、不十分なカバレージによって圧力基準室の気密信
頼性が不十分であっったりするという問題が生じてしま
う。

【００２３】なお、このような問題は、上記表面加工式
の圧力センサ以外にも、半導体基板の表面側に形成され
た空洞部をメンブレンにて気密に封止してなる表面加工
式の半導体装置に共通の問題と考えられる。

【００２４】例えば、メンブレンに検出部を形成してな
るサーモパイル式の赤外線センサでは、空洞部内を高真
空として、メンブレンの熱絶縁性を確保することによっ
て、検出精度を高めている。この場合に、空洞部の気密
信頼性が悪いとメンブレンの熱絶縁特性が悪化し、問題
になる。

【００２５】そこで、本発明は上記問題に鑑み、半導体
基板の表面側に形成された空洞部をメンブレンにて気密
に封止してなる表面加工式の半導体装置において、メン
ブレン特性を確保しつつ、空洞部における信頼性の高い
気密封止を行うことができるようにすることを目的とす
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１０）
と、半導体基板の一面側に形成された空洞部（２０）
と、半導体基板の一面側にて空洞部を覆って気密に封止
するメンブレン（３０）とを有する半導体装置の製造方
法であって、半導体基板の一面上における空洞部を形成
する予定の部位に犠牲層（６０）を形成する工程と、犠
牲層を覆うように半導体基板の一面上に、メンブレンと
なる第１の膜（３４）を形成する工程と、第１の膜の上
に、加熱時に粘性流動可能な第２の膜（３６）を形成す
る工程と、第２の膜の表面から犠牲層に到達するエッチ
ングホール（７０）を形成する工程と、エッチングホー
ルを介して犠牲層をエッチング除去することにより空洞
部を形成する工程と、第２の膜を加熱して粘性流動させ
ることによりエッチングホールを塞ぐ工程と、を備える
ことを特徴とする。

【００２７】それによれば、加熱時に粘性流動可能な第
２の膜がエッチングホールの封止膜として機能する。こ
の第２の膜によるエッチングホールの封止は、第２の膜
の成膜過程にて行われるものではなく、第２の膜を成膜
した後、第２の膜を加熱して粘性流動させることにより
行われる。

【００２８】そのため、エッチングホールの大きさや数
を適切に制御してやれば、従来のように、封止膜の成膜
過程にて封止膜がエッチングホールから空洞部内へ回り
込むことは無くなる。また、成膜された第２の膜におい
て従来のようなスリットが発生していたとしても、第２
の膜が粘性流動することによってスリットを無くすこと
ができる。

【００２９】また、従来の封止膜の形成方法では、空洞
部内の圧力は、封止膜を成膜する際の圧力や雰囲気に律
速され、これら成膜圧力や成膜雰囲気で決まってしま
う。その点、本発明によれば、空洞部内の圧力は、第２
の膜を加熱する際の圧力や雰囲気によって決まる。

【００３０】そして、この加熱時の圧力や雰囲気は任意
のものにできるため、空洞部内の圧力を決める自由度が
向上する。そのため、メンブレンの変形や熱絶縁性等の
メンブレン特性を確保するために、空洞部内の圧力を所
望の値にすることが自由にできる。

【００３１】このように、本発明によれば、表面加工型
のメンブレンを有する半導体装置において、メンブレン
特性を確保しつつ、空洞部における信頼性の高い気密封
止を行うことができる。

【００３２】ここで、第１の膜の上に第２の膜を形成
し、さらに第２の膜の表面から犠牲層に到達するエッチ
ングホールを形成することは、請求項２に記載の発明の
ようにして行うことができる。

【００３３】すなわち、請求項２に記載の発明では、請
求項１に記載の製造方法において、第１の膜（３４）に
対してその厚み方向に貫通する貫通孔（３４ａ）を形成
した後、この貫通孔を塞ぐように第２の膜（３６）を形
成し、続いて、貫通孔に対応する部位にてエッチングホ
ール（７０）を形成することを特徴とする。

【００３４】また、請求項３に記載の発明では、半導体
基板（１０）と、半導体基板の一面側に形成された空洞
部（２０）と、半導体基板の一面側にて空洞部を覆って
気密に封止するメンブレン（３０）とを有する半導体装
置において、メンブレンは、空洞部側に位置するととも
に厚み方向に貫通する貫通孔（３４ａ）を有する第１の
膜（３４）と、加熱時に粘性流動可能な膜であって第１
の膜の貫通孔を塞ぐように第１の膜を覆う第２の膜（３
６）とからなることを特徴とする。

【００３５】本発明は、請求項１に記載の製造方法によ
り製造されうるものであり、その効果は、請求項１に記
載の発明と同様である。

【００３６】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本発明の実施形態に係る半導
体装置としての圧力センサＳ１の概略断面構成を示す図
である。

【００３８】この圧力センサＳ１は、大きくは、半導体
基板１０の一面側に形成された空洞部２０と、半導体基
板１０の一面側にて空洞部２０を覆って気密に封止する
メンブレン３０とを有する。ここで、メンブレン３０は
圧力の印加によってたわみ変形するダイアフラムとして
作用するものである。

【００３９】上記半導体基板としてのシリコン基板１０
の一面には、下部電極として働く低抵抗層１２が形成さ
れている。本例では、低抵抗層１２は、Ｐ型ウェル層や
Ｎ型ウェル層等のシリコン基板１０とは導電型の異なる
不純物拡散層からなる。

【００４０】下部電極１２すなわち低抵抗層１２の上に
は酸化シリコン膜１４が形成されており、シリコン基板
１０の一面全体を覆っている。この酸化シリコン膜１４
を以下、第１の酸化シリコン膜１４という。

【００４１】第１の酸化シリコン膜１４は、後述する多
結晶シリコンもしくはアモルファスシリコンからなる犠
牲層をエッチングする時にシリコン基板１０を保護する
ために働くエッチング用基板保護膜である。このエッチ
ング用基板保護膜１４すなわち第１の酸化シリコン膜１
４は熱酸化、スパッタリング、蒸着等により成膜するこ
とができる。

【００４２】第１の酸化シリコン膜１４の上には、上記
空洞部２０を介して酸化シリコン膜３２が形成されてい
る。この酸化シリコン膜３２を以下、第２の酸化シリコ
ン膜３２という。この空洞部２０の平面形状は例えば円
形とすることができる。

【００４３】また、第２の酸化シリコン膜３２の上に
は、第２の酸化シリコン膜３２を覆うように、多結晶シ
リコン膜３４が形成されている。この多結晶シリコン膜
３４はメンブレン３０における上部電極として働くもの
である。この上部電極３４すなわち多結晶シリコン膜３
４は、ＣＶＤやスパッタリング等により成膜することが
できる。

【００４４】ここで、上記第２の酸化シリコン膜３２
は、後述する多結晶シリコンもしくはアモルファスシリ
コンからなる犠牲層をエッチングする時に、メンブレン
３０における多結晶シリコン膜３４を保護するために働
くエッチング用メンブレン保護膜である。このエッチン
グ用メンブレン保護膜３２すなわち第２の酸化シリコン
膜３２は熱酸化、スパッタリング、蒸着等により成膜す
ることができる。

【００４５】ここで、第２の酸化シリコン膜３２および
多結晶シリコン膜３４には、空洞部２０側の内面から外
面まで貫通する、すなわち厚み方向に貫通する貫通孔３
２ａ、３４ａが形成されている。第２の酸化シリコン膜
３２の貫通孔３２ａと多結晶シリコン膜３４の貫通孔３
４ａとは一致している。

【００４６】上部電極すなわち多結晶シリコン膜３４の
上には、多結晶シリコン膜３４の貫通孔３４ａを塞ぐよ
うに第３の酸化シリコン膜３６が形成されている。この
第３の酸化シリコン膜３６は、加熱時に粘性流動可能な
膜であり、例えばリンがドープされた酸化シリコンであ
るＰＳＧや、ボロンとリンがドープされた酸化シリコン
であるＢＰＳＧ等からなる。

【００４７】こうして、空洞部２０の直上に位置する薄
膜部３２、３４、３６さらには後述する保護膜４０によ
って、メンブレン３０が構成されている。そして、空洞
部２０はメンブレン３０によって気密に封止され、真空
雰囲気など一定の内圧に維持された圧力基準室として構
成されている。

【００４８】ここで、メンブレン３０のうち多結晶シリ
コン膜３４が、空洞部２０側に位置するとともに厚み方
向に貫通する貫通孔３４ａを有する第１の膜として構成
され、第３の酸化シリコン膜３６が、加熱時に粘性流動
可能な膜であって貫通孔３４ａを塞ぐように多結晶シリ
コン膜３４を覆う第２の膜として構成される。

【００４９】また、図１に示すように、第３の酸化シリ
コン膜３６の上には、ＣＶＤ、スパッタリングや蒸着等
により成膜された窒化シリコン等からなる保護膜４０が
形成されている。この保護膜４０によって、シリコン基
板１０の一面側の構成要素が被覆され保護される。

【００５０】また、シリコン基板１０の一面上における
空洞部２０の周囲には、下部電極としての低抵抗層１
２、上部電極としての多結晶シリコン膜３４をそれぞれ
外部に接続するための取り出し電極５０、５１が設けら
れている。これら取り出し電極５０、５１は、蒸着等に
より形成されたアルミニウム等の金属等からなる。

【００５１】下部電極用の取り出し電極５０は、保護膜
４０の表面から低抵抗層１２まで貫通するコンタクトホ
ールに形成され、低抵抗層１２と電気的に接続されてい
る。また、上部電極用の取り出し電極５１は、保護膜４
０の表面から多結晶シリコン膜３４まで貫通するコンタ
クトホールに形成され、多結晶シリコン膜３４と電気的
に接続されている。

【００５２】このような圧力センサＳ１においては、上
部電極である多結晶シリコン膜３４と下部電極である低
抵抗層１２との間にコンデンサが形成されており、この
コンデンサの容量値を検出可能となっている。また、メ
ンブレン３０は圧力を受圧するとたわんで変位し、この
変位によって、多結晶シリコン膜３４と低抵抗層１２と
の間の距離が変化するようになっている。

【００５３】したがって、本圧力センサＳ１は平行平板
式の容量検出型の圧力センサとして機能し、圧力の印加
によってメンブレン３０が変位し、この変位に伴う上下
電極１２、３４間の容量変化に基づいて印加圧力を検出
できるようになっている。

【００５４】次に、上記構成を有する圧力センサＳ１の
製造方法について述べる。図２、図３は図１に示す圧力
センサＳ１の製造方法を示す工程図であり、図１に対応
した断面にて示してある。

【００５５】［図２（ａ）の工程］シリコン基板１０の
一面に、イオン注入や拡散等の半導体プロセス技術を用
いて不純物拡散層からなる低抵抗層１２を形成する。そ
の上に、熱酸化、スパッタリング、蒸着等により第１の
酸化シリコン膜１４を成膜する。

【００５６】［図２（ｂ）の工程］次に、シリコン基板
１０の一面上における空洞部２０を形成する予定の部位
に犠牲層６０を形成する。本例では、多結晶シリコンか
らなる膜をＣＶＤ、スパッタリング、蒸着等により成膜
するとともに、フォトリソグラフ技術を用いて空洞部２
０の形状（例えば平面円形）にパターニングすることに
より、犠牲層６０を形成する。

【００５７】続いて、犠牲層６０に対して熱酸化等の酸
化処理を施すことにより、犠牲層６０の表面に第２の酸
化シリコン膜３２を形成する。この状態が図２（ｂ）に
示されている。なお、本工程において、犠牲層６０は多
結晶シリコンに代えてアモルファスシリコンからなるも
のとしても良い。また、第２のシリコン酸化膜３２はス
パッタリング、蒸着等により成膜しても良い。

【００５８】［図２（ｃ）の工程］次に、犠牲層６０を
覆うようにシリコン基板１０の一面上に、メンブレン３
０の第１の膜となる多結晶シリコン膜３４を形成する。
具体的には、多結晶シリコンをＣＶＤやスパッタリング
等により成膜するとともに、フォトリソグラフ技術を用
いて貫通孔３４ａを有した形状にパターニングすること
により、多結晶シリコン膜３４を形成する。

【００５９】［図３（ａ）の工程］次に、第１の膜であ
る多結晶シリコン膜３４の上に、加熱時に粘性流動可能
な第２の膜としての第３の酸化シリコン膜３６を形成す
る。本例では、シリコン基板１０の一面の全域上に、Ｃ
ＶＤ等によりＰＳＧまたはＢＰＳＧを成膜することによ
り第３の酸化シリコン膜３６を形成する。形成された第
３の酸化シリコン膜３６により、多結晶シリコン膜３４
の貫通孔３４ａは塞がれる。

【００６０】［図３（ｂ）の工程］次に、ドライエッチ
ング等を行うことにより、第３の酸化シリコン膜３６の
表面から犠牲層６０に到達するエッチングホール７０を
形成する。このとき、多結晶シリコン膜３４の貫通孔３
４ａに対応する部位にてエッチングホール７０を形成す
る。

【００６１】続いて、エッチングホール７０を介して犠
牲層６０をエッチング除去することにより空洞部２０を
形成する。本例では、多結晶シリコンまたはアモルファ
スシリコンを選択的にエッチングし、酸化シリコンは実
質的にエッチングしないエッチング材料を用いたエッチ
ングにより犠牲層６０をエッチングする。

【００６２】具体的なエッチング方法としては、ＫＯＨ
や水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用い
たウェットエッチングや、フッ化キセノン（ＸｅＦ₂）
を用いたドライエッチング等を採用することができる。

【００６３】なお、本工程では、エッチングホール７０
を形成するとき、エッチングホール７０の内面にて多結
晶シリコン膜３４が露出しないようにする。もし、多結
晶シリコン膜３４が露出していると、そこから多結晶シ
リコン膜３４がエッチングされてしまうためである。

【００６４】また、後工程で行うエッチングホール７０
の封止のためには、エッチングホール７０の穴径につい
ては小さい方が、また穴数については少ない方が望まし
いが、エッチング材料の導入のしやすさに対してトレー
ドオフの関係になるので、適切な穴径、穴数を選択する
ことが肝要である。

【００６５】［図３（ｃ）の工程］次に、第２の膜であ
る第３の酸化シリコン膜３６を加熱して粘性流動（リフ
ロー）させることによりエッチングホール７０を塞ぐ。
本例におけるＰＳＧやＢＰＳＧからなる第３の酸化シリ
コン膜３６の場合、例えば真空中にて９００℃程度に加
熱することにより、流動が行われる。これにより、内圧
が真空であり気密に封止された圧力基準室としての空洞
部２０が形成される。

【００６６】［図３（ｄ）の工程］次に、保護膜４０を
成膜してメンブレン３０を形成し、ドライエッチング等
によってコンタクトホールを形成した後、各取り出し電
極５０、５１となる導電膜を成膜し、パターニングする
ことで、取り出し電極５０、５１を形成する。こうして
本圧力センサＳ１が完成する。

【００６７】なお、本例では、犠牲層６０のエッチング
は、第１および第２の酸化シリコン膜１４、３２をエッ
チングストッパとして終了するため、空洞部２０のサイ
ズつまりメンブレン３０のサイズは、予め規定されたサ
イズに正確に形成することができる。そのため、本実施
形態では、さらに上記図５に示したような変形部を規定
するための加工を行わなくても良い。

【００６８】以上のように、本実施形態によれば、加熱
時に粘性流動可能な第３の酸化シリコン膜（第２の膜）
３６がエッチングホール７０の封止膜として機能する。
この第３の酸化シリコン膜３６によるエッチングホール
７０の封止は、第３の酸化シリコン膜３６の成膜過程に
て行われるものではなく、第３の酸化シリコン膜３６を
成膜した後、これを加熱して粘性流動させることにより
行われる。

【００６９】そのため、エッチングホール７０の大きさ
や数を適切に制御してやれば、従来のように、封止膜の
成膜過程にて封止膜がエッチングホールから空洞部２０
内へ回り込むことは無くなる。

【００７０】また、成膜された第３の酸化シリコン膜３
６において従来のようなスリットが発生していたとして
も、第３の酸化シリコン膜３６が粘性流動することによ
ってスリットを無くすことができ、封止性能の良い膜と
なる。

【００７１】また、従来の封止膜の形成方法では、空洞
部内の圧力は、封止膜を成膜する際の圧力や雰囲気に律
速され、これら成膜圧力や成膜雰囲気で決まってしま
う。その点、本実施形態によれば、空洞部２０内の圧力
は、第３の酸化シリコン膜３６を加熱する際の圧力や雰
囲気によって決まる。

【００７２】そして、この加熱時の圧力や雰囲気は任意
のものにできるため、空洞部２０内の圧力を決める自由
度が向上する。そのため、メンブレン３０の変形や熱絶
縁性等のメンブレン特性を確保するために、空洞部２０
内の圧力を所望の値にすることが自由にできる。本実施
形態では、検出圧力に応じて適正な内圧を有する圧力基
準室を形成することができる。

【００７３】このように、本実施形態によれば、表面加
工型の圧力センサにおいて、メンブレン３０の特性を確
保しつつ、空洞部２０における信頼性の高い気密封止を
行うことができる。

【００７４】また、上記図２、図３に示す製造方法で
は、ディスクリートセンサを例に挙げて記載している
が、一つのチップ内に回路を作り込む集積化圧力センサ
の場合では、ＬＳＩとの整合性に優れるという特徴を有
する。

【００７５】これは、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）の工
程が、トランジスタ素子等を形成するための不純物拡散
層の形成、層間絶縁膜の形成、多結晶シリコン層の形成
といった工程を利用して実施できる等の理由による。つ
まり、本製造方法は、犠牲層エッチング以外は通常のＬ
ＳＩ工程を用いて行うことが可能である。

【００７６】特に、ＥＰＲＯＭ等で２層の多結晶シリコ
ン層を有する工程の場合、この工程において、最低でマ
スクを１枚追加することにより多結晶シリコン膜３４に
対して貫通孔３４ａを形成することができる。

【００７７】［変形例］なお、本実施形態の圧力センサ
Ｓ１における各部の構成や材質等は上記例に限定される
ものではない。例えば、メンブレン３０の第２の膜とし
ては、ＰＳＧやＢＰＳＧからなる第３の酸化シリコン膜
３６以外のもので代用しても良い。すなわち、当該第２
の膜は、製造工程上、当該第２の膜よりも前に形成され
る部分よりも低い温度で粘性流動可能なものであれば代
用可能である。

【００７８】また、下部電極１２は、上記した不純物拡
散層からなる低抵抗層に代えて、例えば、シリコン基板
１０の一面に形成された多結晶シリコン膜や金属膜等の
他の材料にて構成されたものとしても良い。

【００７９】また、第１の酸化シリコン膜１４、第２の
酸化シリコン膜３２は、多結晶シリコンもしくはアモル
ファスシリコンからなる犠牲層６０をエッチングする時
に、それぞれ基板保護膜、メンブレン保護膜として機能
するが、このような保護膜としては、犠牲層６０のエッ
チング時にエッチングされないようなもの、例えば窒化
シリコン膜等を用いても良い。

【００８０】また、メンブレン３０における上部電極３
４は、上記多結晶シリコン膜３４に代えて、同様の機能
を有するものとしてアモルファスシリコン膜等を用いて
も良い。

【００８１】このように、エッチング用基板保護膜１４
およびエッチング用上部電極保護膜３２、さらにはメン
ブレン３０における上部電極３４の材質は、犠牲層６０
の種類によって多様に変化するものであり、それぞれ適
宜選択して用いることが必要である。

【００８２】また、第１および第２の酸化シリコン膜１
４、３２などのエッチング用保護膜は、犠牲層６０のエ
ッチング時にシリコン基板１０やメンブレン３０を構成
する膜が、実質的にエッチングされない場合には不要で
ある。そのような場合の一例を本実施形態の変形例とし
て図４に示す。

【００８３】図４は、本実施形態の変形例としての製造
工程を示す工程図である。ここでは、犠牲層６０として
窒化シリコンを用いているため、上記第１および第２の
酸化シリコン膜１２、３４などのエッチング用保護膜が
不要である。

【００８４】図４（ａ）に示すように、下部電極１２が
形成されたシリコン基板１０の一面上における空洞部２
０を形成する予定の部位に窒化シリコンからなる犠牲層
６０を形成する。そして、犠牲層６０を覆うようにメン
ブレン３０の第１の膜である多結晶シリコン膜３４を形
成する。

【００８５】その後、図４（ｂ）に示すように、多結晶
シリコン膜３４には貫通孔を形成せずに、多結晶シリコ
ン膜３４の上にＰＳＧやＢＰＳＧからなる第３の酸化シ
リコン膜３６を形成する。

【００８６】そして、図４（ｃ）に示すように、ドライ
エッチング等により第３の酸化シリコン膜３６の表面か
ら第３の酸化シリコン膜３６および多結晶シリコン膜３
４を貫通して犠牲層６０に到達するエッチングホール７
０を形成する。

【００８７】続いて、熱リン酸等の窒化シリコンを選択
的にエッチングするエッチング材料を用いて、エッチン
グホール７０を介して犠牲層６０をエッチング除去する
ことにより空洞部２０を形成する。

【００８８】その後は、上記同様、第３の酸化シリコン
膜３６を加熱して粘性流動させることによりエッチング
ホール７０を塞ぎ、保護膜４０の形成、取り出し電極５
０、５１の形成等を行い、圧力センサを完成させる。そ
して、本変形例の圧力センサにおいても、上記図１〜図
３に示す例と同様の作用効果が得られる。

【００８９】また、メンブレン３０における第１の膜を
多結晶シリコン膜３４に代えて、例えば窒化シリコン等
の絶縁材料からなる膜を空洞部２０側に配置し、その上
に例えば多結晶シリコンや金属等の導電性材料からなる
膜を載せた２層構造としても良い。つまり、第１の膜に
おいてメンブレン（ダイアフラム）の機能と上部電極の
機能とを分けた層構成としても良い。

【００９０】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、平行平板式の容量検出型圧力センサを例に挙げてい
るが、上記図１中のメンブレン３０を構成する多結晶シ
リコン膜３６に歪みゲージとして働く不純物拡散層を形
成する方式としても良い。なお、この場合は下部電極１
２は不要である。

【００９１】また、本発明は、圧力センサ以外にもサー
モパイル式の赤外線センサにも適用することができる。
例えば、上記図１において、メンブレン３０における第
１の膜３４を窒化シリコン等で形成し、その上に例えば
多結晶シリコン配線とアルミ配線からなる熱電対を形成
し、さらにその上に第２の膜３６を形成するような構成
にて実現可能である。

【００９２】そして、赤外線センサにおいては、空洞部
２０内を高真空とすることで、メンブレン３０の熱絶縁
性（断熱性）を良好なものに確保でき、センサ感度を向
上させることができる。

【００９３】また、空洞部内に、例えば櫛歯構造をなす
可動部を形成することにより、容量式の加速度センサや
角速度センサへも活用することができる。空洞部内を高
真空にすることにより、外乱の影響を排除した感度の良
好なセンサすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る圧力センサの概略断面
構成を示す図である。

【図２】図１に示す圧力センサの製造方法を示す工程図
である。

【図３】図２に続く製造方法を示す工程図である。

【図４】上記実施形態の変形例としての製造工程を示す
工程図である。

【図５】従来の一般的な表面加工式圧力センサの製造方
法を示す図である。

【符号の説明】

１０…シリコン基板、２０…空洞部、３０…メンブレ
ン、３４…多結晶シリコン膜、３４ａ…貫通孔、３６…
第３の酸化シリコン膜、６０…犠牲層、７０…エッチン
グホール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 和彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB01 CC02 DD05 EE14 EE25 FF43 GG01 GG15 4M112 AA01 AA02 BA01 BA07 CA01 CA03 DA03 DA04 DA06 DA08 DA09 DA10 DA11 DA12 DA13 DA15 EA02 EA04 EA05 EA06 EA07 EA11 EA13 FA01 FA08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板（１０）と、前記半導体基板
   の一面側に形成された空洞部（２０）と、前記半導体基
   板の一面側にて前記空洞部を覆って気密に封止するメン
   ブレン（３０）とを有する半導体装置の製造方法であっ
   て、 前記半導体基板の一面上における前記空洞部を形成する
   予定の部位に犠牲層（６０）を形成する工程と、 前記犠牲層を覆うように前記半導体基板の一面上に、前
   記メンブレンとなる第１の膜（３４）を形成する工程
   と、 前記第１の膜の上に、加熱時に粘性流動可能な第２の膜
   （３６）を形成する工程と、 前記第２の膜の表面から前記犠牲層に到達するエッチン
   グホール（７０）を形成する工程と、 前記エッチングホールを介して前記犠牲層をエッチング
   除去することにより前記空洞部を形成する工程と、 前記第２の膜を加熱して粘性流動させることにより前記
   エッチングホールを塞ぐ工程と、を備えることを特徴と
   するメンブレンを有する半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の膜（３４）に対してその厚み
   方向に貫通する貫通孔（３４ａ）を形成した後、この貫
   通孔を塞ぐように前記第２の膜（３６）を形成し、 続いて、前記貫通孔に対応する部位にて前記エッチング
   ホール（７０）を形成することを特徴とする請求項１に
   記載のメンブレンを有する半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体基板（１０）と、 前記半導体基板の一面側に形成された空洞部（２０）
   と、 前記半導体基板の一面側にて前記空洞部を覆って気密に
   封止するメンブレン（３０）とを有する半導体装置にお
   いて、 前記メンブレンは、前記空洞部側に位置するとともに厚
   み方向に貫通する貫通孔（３４ａ）を有する第１の膜
   （３４）と、 加熱時に粘性流動可能な膜であって前記第１の膜の前記
   貫通孔を塞ぐように前記第１の膜を覆う第２の膜（３
   ６）とからなることを特徴とするメンブレンを有する半
   導体装置。