JP2010032220A - 半導体装置の電極取り出し構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】気密空間の気密性を損なうことなく電気信号を取り出す。
【解決手段】圧力センサ１の電極取り出し構造は、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内において露出している表面に向かって延在する高濃度不純物拡散領域６，８と、シリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内において露出している表面に向かって延在する高濃度不純物拡散領域５，７と、シリコン基板２の外表面側から高濃度不純物拡散領域７に到達する深さまで形成された貫通孔９ａと、シリコン基板２の外表面側から高濃度不純物拡散領域８に到達する深さまで形成された貫通孔９ｂと、貫通孔９ａ，９ｂの側面及び底部に形成された金属薄膜１０ａ，１０ｂとを有する。
【選択図】図１
【解決手段】圧力センサ１の電極取り出し構造は、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内において露出している表面に向かって延在する高濃度不純物拡散領域６，８と、シリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内において露出している表面に向かって延在する高濃度不純物拡散領域５，７と、シリコン基板２の外表面側から高濃度不純物拡散領域７に到達する深さまで形成された貫通孔９ａと、シリコン基板２の外表面側から高濃度不純物拡散領域８に到達する深さまで形成された貫通孔９ｂと、貫通孔９ａ，９ｂの側面及び底部に形成された金属薄膜１０ａ，１０ｂとを有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、基板を接合することにより形成された気密空間を有する半導体装置の電極取り出し構造に関する。
従来より、ダイヤフラム部に加わる圧力により変位する可動電極と、可動電極に対向して設けられた固定電極とを気密空間内に備え、可動電極と固定電極との間の静電容量を計測することによりダイヤフラム部に加わる圧力を検出する圧力センサが知られている。
特開２００６−３００５７８号公報
従来の圧力センサでは、気密空間はガラス基板とシリコン基板を高真空中で陽極接合することにより形成されている。そして固定電極と可動電極は基板の接合界面側に延在され、一方の基板側に形成された貫通孔を介して固定電極及び可動電極側の電気信号を取り出すように構成されている。しかしながらこのような構成によれば、基板の接合界面に金属電極が設けられていることから、金属電極の面粗度や金属原子間への透過等の影響によって気密空間の気密性が損なわれる可能性がある。また金属電極は、基板の接合時に高温になることから、酸化によって電極としての機能が失われる可能性がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、気密空間の気密性を損なうことなく電気信号を取り出すことが可能な半導体装置の電極取り出し構造を提供することにある。
本発明の第１の態様に係る半導体装置の電極取り出し構造は、第１基板と第２基板とを接合することにより形成された気密空間を有する半導体装置の電極取り出し構造であって、第１基板の第２基板との接合面から気密空間内において露出している表面に向かって延在する第１の高濃度不純物拡散領域と、第２基板の第１基板との接合面から気密空間内において露出している表面に向かって延在する第２の高濃度不純物拡散領域と、第１基板の外表面側から第２の基板との接合面に位置する第１の高濃度不純物拡散領域に到達する深さまで形成された第１の貫通孔と、第１基板の外表面側から第１の基板との接合面に位置する第２の高濃度不純物拡散領域に到達する深さまで形成された第２の貫通孔と、第１及び第２の貫通孔の側面及び底部に形成された金属薄膜とを有する。
本発明の第２の態様に係る半導体装置の電極取り出し構造は、第１基板と第２基板とを接合することにより形成された気密空間を有する半導体装置の電極取り出し構造であって、第１基板の第２基板との接合面から気密空間内において露出している表面に向かって延在する第１の高濃度不純物拡散領域と、第２基板の第１基板との接合面から気密空間内において露出している表面に向かって延在する第２の高濃度不純物拡散領域と、第１の高濃度不純物拡散領域に電気的に接続され、第１基板の第２基板との接合面以外の表面に引き出された第１の配線部と、第２の高濃度不純物拡散領域に電気的に接続され、第１基板の第２基板との接合面以外の表面に引き出された第２の配線部とを有する。
本発明に係る半導体装置の電極取り出し構造によれば、基板の接合界面に金属電極が形成されていないので、気密空間の気密性を損なうことなく電気信号を取り出すことができる。
以下、本発明の第１及び第２の実施形態となる半導体装置の電極取り出し構造について説明する。なお本実施形態は、本発明を圧力センサに適用したものであるが、本発明は圧力センサに限定されることはなく、例えば加速度センサ等、基板を接合することにより形成された気密空間を有する半導体装置であれば適用することができる。
〔第１の実施形態〕
始めに、本発明の第１の実施形態となる圧力センサについて説明する。
始めに、本発明の第１の実施形態となる圧力センサについて説明する。
〔圧力センサの構成〕
本発明の第１の実施形態となる圧力センサ１は、図1(a),(b)に示すように、シリコン基板２と受圧側基板として機能するシリコン基板３とを直接接合することにより形成された気密空間４を有する。シリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内で露出している表面には可動電極として機能する高濃度不純物拡散領域５が延在し、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出している表面には固定電極として機能する高濃度不純物拡散領域６が延在している。シリコン基板２には、シリコン基板２の外表面から高濃度不純物拡散領域５の一部である接合面に位置する高濃度不純物拡散領域７に到達する深さを有する貫通孔９ａと、基板２の外表面から高濃度不純物拡散領域６の一部である接合面に位置する高濃度不純物拡散領域８に到達する深さを有する貫通孔９ｂが形成されている。貫通孔９ａ及び貫通孔９ｂの側面と底部にはそれぞれ金属薄膜１０ａ及び金属薄膜１０ｂが形成されている。
本発明の第１の実施形態となる圧力センサ１は、図1(a),(b)に示すように、シリコン基板２と受圧側基板として機能するシリコン基板３とを直接接合することにより形成された気密空間４を有する。シリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内で露出している表面には可動電極として機能する高濃度不純物拡散領域５が延在し、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出している表面には固定電極として機能する高濃度不純物拡散領域６が延在している。シリコン基板２には、シリコン基板２の外表面から高濃度不純物拡散領域５の一部である接合面に位置する高濃度不純物拡散領域７に到達する深さを有する貫通孔９ａと、基板２の外表面から高濃度不純物拡散領域６の一部である接合面に位置する高濃度不純物拡散領域８に到達する深さを有する貫通孔９ｂが形成されている。貫通孔９ａ及び貫通孔９ｂの側面と底部にはそれぞれ金属薄膜１０ａ及び金属薄膜１０ｂが形成されている。
このような構成を有する圧力センサ１では、固定電極及び可動電極の電気信号は、高濃度不純物拡散領域７，８、及び高濃度不純物拡散領域７，８に接続された金属薄膜１０ａ，１０ｂを介して外部に取り出される。従ってこのような圧力センサ１によれば、シリコン基板２とシリコン基板３の接合界面に金属電極を形成することなく固定電極及び可動電極の電気信号を外部に取り出すことができるので、気密空間４の気密性を損なうことなく電気信号を取り出すことができる。またこのような構成によれば、気密空間４の気密性を長期間にわたって一定に保つことができるので、センサ特性の長期安定性を確保することができる。さらには気密空間４内への水分の浸入も防ぐことができるので、環境外乱等の影響を受けなくすることができる。
なお図1(a),(b)には図示していないが、金属薄膜１０ａ及び高濃度不純物拡散領域５，７と金属薄膜１０ｂ及び高濃度不純物拡散領域６，８がシリコン基板２，３を介して直接接する場合、高濃度不純物拡散領域５，６間にリーク電流が発生し、センサ特性に悪影響を与える可能性がある。このため図示しないが、金属薄膜１０ａ及び高濃度不純物拡散領域５，７と金属薄膜１０ｂ及び高濃度不純物拡散領域６，８がシリコン基板２，３を介して直接接しないように、金属薄膜１０ａ，１０ｂ及び高濃度不純物拡散領域５〜８とシリコン基板２，３との界面に絶縁膜を形成することが望ましい。
〔圧力センサの製造方法〕
上記圧力センサ１を製造する際は、始めに図2(a)に示すようにシリコン基板２を用意し、図2(b)に示すようにシリコン基板２の両面にフォトレジスト膜１１を形成する。次に図2(c)にように気密空間４に対応する領域１２のフォトレジスト膜１１を除去した後、フォトレジスト膜１１をマスクとしてシリコン基板２をエッチングすることにより図2(d)に示すように気密空間４となる溝部を形成する。次に図2(e)に示すようにフォトレジスト膜１１を除去した後、図2(f)に示すようにシリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出する表面に延在するように高濃度不純物拡散領域６，８を形成する。
上記圧力センサ１を製造する際は、始めに図2(a)に示すようにシリコン基板２を用意し、図2(b)に示すようにシリコン基板２の両面にフォトレジスト膜１１を形成する。次に図2(c)にように気密空間４に対応する領域１２のフォトレジスト膜１１を除去した後、フォトレジスト膜１１をマスクとしてシリコン基板２をエッチングすることにより図2(d)に示すように気密空間４となる溝部を形成する。次に図2(e)に示すようにフォトレジスト膜１１を除去した後、図2(f)に示すようにシリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出する表面に延在するように高濃度不純物拡散領域６，８を形成する。
次に図3(a)に示すようにシリコン基板３を用意し、図3(b)に示すようにシリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内で露出する表面に延在するように可高濃度不純物拡散領域５，７を形成する。次に図4(a)に示すようにシリコン基板２とシリコン基板３を高真空中で直接接合した後、図4(b)に示すようにシリコン基板２に貫通孔９ａ，９ｂを形成する。そして最後に図4(c)に示すようにシリコン基板２の外表面に金属膜１０を形成し、図4(d)に示すように貫通孔９ａ，９ｂの側面部と底部を残して金属膜１０を除去することにより、圧力センサ１の一連の製造工程は完了する。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態となる圧力センサについて説明する。
次に、本発明の第２の実施形態となる圧力センサについて説明する。
〔圧力センサの構成〕
本発明の第２の実施形態となる圧力センサ１は、図5(a),(b)に示すように、シリコン基板２と受圧側基板として機能するシリコン基板３とを直接接合することにより形成された気密空間４を有し、シリコン基板２はシリコン基板３との接合面以外の領域を有するようにシリコン基板３よりも大きな面積を有する。シリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内で露出している表面には可動電極として機能する高濃度不純物拡散領域５が延在し、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出している表面には固定電極として機能する高濃度不純物拡散領域６が延在している。シリコン基板２には、高濃度不純物拡散領域５に電気的に接続され、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面以外の表面に引き出された高濃度不純物拡散領域７が形成され、この高濃度不純物拡散領域７には電極パッドとして機能する金属薄膜１０ａが形成されている。また同様にシリコン基板２には、高濃度不純物拡散領域６に電気的に接続され、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面以外の表面に引き出された高濃度不純物拡散領域８が形成され、この高濃度不純物拡散領域８には電極パッドとして機能する金属薄膜１０ｂが形成されている。
本発明の第２の実施形態となる圧力センサ１は、図5(a),(b)に示すように、シリコン基板２と受圧側基板として機能するシリコン基板３とを直接接合することにより形成された気密空間４を有し、シリコン基板２はシリコン基板３との接合面以外の領域を有するようにシリコン基板３よりも大きな面積を有する。シリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内で露出している表面には可動電極として機能する高濃度不純物拡散領域５が延在し、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出している表面には固定電極として機能する高濃度不純物拡散領域６が延在している。シリコン基板２には、高濃度不純物拡散領域５に電気的に接続され、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面以外の表面に引き出された高濃度不純物拡散領域７が形成され、この高濃度不純物拡散領域７には電極パッドとして機能する金属薄膜１０ａが形成されている。また同様にシリコン基板２には、高濃度不純物拡散領域６に電気的に接続され、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面以外の表面に引き出された高濃度不純物拡散領域８が形成され、この高濃度不純物拡散領域８には電極パッドとして機能する金属薄膜１０ｂが形成されている。
このような構成を有する圧力センサ１では、固定電極及び可動電極の電気信号は、高濃度不純物拡散領域７，８、及び金属薄膜１０ａ，１０ｂを介して取り出される。従ってこのような圧力センサ１によれば、シリコン基板２とシリコン基板３の接合界面に金属電極を形成することなく固定電極及び可動電極の電気信号を外部に取り出すことができるので、気密空間４の気密性を損なうことなく電気信号を取り出すことができる。またこのような構成によれば、気密空間４の気密性を長期間にわたって一定に保つことができるので、センサ特性の長期安定性を確保することができる。さらには気密空間４内への水分の浸入も防ぐことができるので、環境外乱等の影響を受けなくすることができる。
なお図5(a),(b)には図示していないが、高濃度不純物拡散領域５，７と高濃度不純物拡散領域６，８がシリコン基板２，３を介して直接接する場合、高濃度不純物拡散領域５，６間にリーク電流が発生し、センサ特性に悪影響を与える可能性がある。このため図示しないが、高濃度不純物拡散領域５，７と高濃度不純物拡散領域６，８がシリコン基板２，３を介して直接接しないように、高濃度不純物拡散領域５〜８とシリコン基板２，３との界面に絶縁膜を形成することが望ましい。
〔圧力センサの製造方法〕
上記圧力センサ１を製造する際は、始めに図6(a)に示すようにシリコン基板２を用意し、図6(b)に示すようにシリコン基板２の両面にフォトレジスト膜１１を形成する。次に図6(c)にように気密空間４に対応する領域１２のフォトレジスト膜１１を除去した後、フォトレジスト膜１１をマスクとしてシリコン基板２をエッチングすることにより図6(d)に示すように気密空間４となる溝部を形成する。次に図6(e)に示すようにフォトレジスト膜１１を除去した後、図6(e)に示すように、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出する表面に延在するように高濃度不純物拡散領域６，８を形成すると共にシリコン基板３との接合面以外の表面に高濃度不純物拡散領域７を形成する。次に図7(a)に示すようにシリコン基板３を用意し、図7(b)に示すようにシリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内で露出する表面に延在するように高濃度不純物拡散領域７を形成する。そして最後に、シリコン基板２とシリコン基板３を高真空中で接合することにより、圧力センサ１の一連の製造工程は完了する。
上記圧力センサ１を製造する際は、始めに図6(a)に示すようにシリコン基板２を用意し、図6(b)に示すようにシリコン基板２の両面にフォトレジスト膜１１を形成する。次に図6(c)にように気密空間４に対応する領域１２のフォトレジスト膜１１を除去した後、フォトレジスト膜１１をマスクとしてシリコン基板２をエッチングすることにより図6(d)に示すように気密空間４となる溝部を形成する。次に図6(e)に示すようにフォトレジスト膜１１を除去した後、図6(e)に示すように、シリコン基板２のシリコン基板３との接合面から気密空間４内で露出する表面に延在するように高濃度不純物拡散領域６，８を形成すると共にシリコン基板３との接合面以外の表面に高濃度不純物拡散領域７を形成する。次に図7(a)に示すようにシリコン基板３を用意し、図7(b)に示すようにシリコン基板３のシリコン基板２との接合面から気密空間４内で露出する表面に延在するように高濃度不純物拡散領域７を形成する。そして最後に、シリコン基板２とシリコン基板３を高真空中で接合することにより、圧力センサ１の一連の製造工程は完了する。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば本発明は、気密空間４を略中央と略外側とに分割することによってシリコン基板２及びシリコン基板３の高濃度不純物拡散領域のうちの一方又は両方を面積が略同じになるように分割することにより形成された差動型の静電容量センサにも適用することができる。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
１：圧力センサ
２，３：シリコン基板
４：気密空間
５，６，７，８：高濃度不純物拡散領域
９ａ，９ｂ：貫通孔
１０ａ，１０ｂ：金属薄膜
２，３：シリコン基板
４：気密空間
５，６，７，８：高濃度不純物拡散領域
９ａ，９ｂ：貫通孔
１０ａ，１０ｂ：金属薄膜
Claims (2)
- 第１基板と第２基板とを接合することにより形成された気密空間を有する半導体装置の電極取り出し構造であって、
前記第１基板の前記第２基板との接合面から前記気密空間内において露出している表面に向かって延在する第１の高濃度不純物拡散領域と、
前記第２基板の前記第１基板との接合面から前記気密空間内において露出している表面に向かって延在する第２の高濃度不純物拡散領域と、
前記第１基板の外表面側から前記第２の基板との接合面に位置する前記第１の高濃度不純物拡散領域に到達する深さまで形成された第１の貫通孔と、
前記第１基板の外表面側から前記第１の基板との接合面に位置する前記第２の高濃度不純物拡散領域に到達する深さまで形成された第２の貫通孔と、
前記第１及び第２の貫通孔の側面及び底部に形成された金属薄膜と
を有することを特徴とする半導体装置の電極取り出し構造。 - 第１基板と第２基板とを接合することにより形成された気密空間を有する半導体装置の電極取り出し構造であって、
前記第１基板の前記第２基板との接合面から前記気密空間内において露出している表面に向かって延在する第１の高濃度不純物拡散領域と、
前記第２基板の前記第１基板との接合面から前記気密空間内において露出している表面に向かって延在する第２の高濃度不純物拡散領域と、
前記第１の高濃度不純物拡散領域に電気的に接続され、前記第１基板の前記第２基板との接合面以外の表面に引き出された第１の配線部と、
前記第２の高濃度不純物拡散領域に電気的に接続され、前記第１基板の前記第２基板との接合面以外の表面に引き出された第２の配線部と
を有することを特徴とする半導体装置の電極取り出し構造。
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| JP2008191447A JP2010032220A (ja) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | 半導体装置の電極取り出し構造 |
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2008
- 2008-07-24 JP JP2008191447A patent/JP2010032220A/ja active Pending
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20120605 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |