JP2770362B2 - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

半導体圧力センサの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体圧力センサの製造方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕
第2図は従来のSOI(Silicon On Insulation)技術
を用いた半導体圧力センサの製造工程を工程順に示す図
である。先ず(A)に示すように、結晶面が(100),
(110)、比抵抗が数十Ωcm〜数ΩcmのN形またはP形
のシリコン単結晶ウエハ基板(1)を用意する。この基
板(1)の主面はミラーポリッシュされている。
次に上記基板を酸素化雰囲気中で900〜1000℃の高温
で酸化し、(B)に示すように、基板(1)の表面に熱
酸化膜(2)を数百Åの厚さで形成する。
更に、SiH2Cl2,NH3混合ガスを800℃近くの高温で反応
させることにより窒化膜(3)を上記熱酸化膜(2)の
上面に数百Åの厚さで形成する。
次に写真製版技術を用いて(C)に示すように、熱酸
化膜(2)及び窒化膜(3)の所定部分を除去すると共
に、基板(1)の同じ領域(4)をプラズマエッチによ
ってエッチングし、数千Åの深さで除去する。
次に水蒸気を含む酸化雰囲気中で、1000℃前後の高温
で基板(1)を酸化することにより、(D)に示すよう
に、基板(1)の上記領域(4)に熱酸化膜(5)を約
1μmの厚さで形成する。これは窒化膜(3)をマスク
とするいわゆる選択酸化である。
その後、マスク部となった窒化膜(3)を除去すると
共に、基板のシリコン面が露出するまで基板全体の酸化
膜(2)をエッチングする。この結果、(E)に示すよ
うになる。基板のシリコン面が露出した段階で全面にSi
H4及びN形不純物ガスを600℃前後の比較的低温で反応
させ、(F)に示すように、基板の主面にポリシリコン
層(6)を堆積させ熱酸化膜(5)を被う。次に上記ポ
リシリコン層(6)の上に(B)工程と同様な方法によ
って窒化膜を数百Åの厚さで形成し、(G)に示すよう
に、数十μmの等間隔で数十μm〜100巾のストライプ
状の窒化膜(7)を残して他の窒化膜を除去する。
続いて0.数μm前後のシリコンに吸収されやすい波長
のレーザ光線(8)をポリシリコン層(6)に照射し、
シリコン面上に堆積した部分から再結晶させることによ
り、熱酸化膜(5)上に単結晶を成長させる。
なお、この場合、ストライプ状の窒化膜(7)はレー
ザ光線照射時に反射防止膜として作用し、ポリシリコン
層(6)にレーザ光線が効率よく吸収されるようにしよ
うとするもので、レーザ光線の照射後、ポリシリコン層
(6)が単結晶化した段階で除去される。
その後、公知のIC製造技術を用いて熱酸化膜(5)上
の単結晶部に(H)に示すように、ゲージ抵抗(9)を
形成し、これにアルミニウム配線(図示せず)を施こ
す。
更に、基板(1)の他面、即ち第2図における下面か
らAPWやKOHなどの異方性エッチング液を用いて(H)に
示すように、シリコン基板(1)の深いエッチング(20
0〜500μm)を行い、熱酸化膜(5)を露出させた形の
シリコンダイヤフラム(10)を形成する。このシリコン
ダイヤフラム(10)は、周知の通り、圧力センサの主体
として作用するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の半導体圧力センサは以上のように構成され、シ
リコンダイヤフラムの領域全面に熱酸化膜が形成されて
いるため、その上部に設けられるポリシリコン層(6)
に単結晶を成長させるのは容易ではなく、特に圧力セン
サとして使用するチップのように、1mm口〜2mm口の面積
のものをSOI技術によって得るのは困難であった。な
お、この点に関しては熱酸化膜の一部において基板
(1)の単結晶シリコンを熱酸化膜上に露出させたシリ
コンシード部を数十μm間隔で配設することにより改善
できることが、第6回新機能素子技術シンポジウム(昭
和62年11月5日〜6日、大阪で開催)の予講集等で知ら
れているが、ポリシリコン層に単結晶を成長させ易いシ
リコンシード部の形態については十分な解明がなされて
いなかった。又、シリコンダイヤフラムの形成に際して
は基板の他面から深いエッチングが必要であるため、シ
リコンダイヤフラムの厚さや特性のバラツキが大きく、
従って歩留りが悪くなるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、ポリシリコン層での単結晶の成長を容易に
すると共に、シリコンダイヤフラムの厚さや特性のバラ
ツキの少ない半導体圧力センサの製造方法を提供しよう
とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体圧力センサの製造方法は、シリ
コン単結晶からなる半導体基板の主面の所定の個所に所
定の間隔で多数の熱酸化膜を形成する工程、上記各熱酸
化膜の相互間で、上記各熱酸化膜の表面に至るシリコン
シード部を多数形成する工程、上記各熱酸化膜を被うよ
うに上記半導体基板の主面上にポリシリコン層を形成す
る工程、上記ポリシリコン層にレーザ光線を照射し、上
記各シリコンシード部上に位置するポリシリコン層を再
結晶化すると共に、上記レーザ光線を上記ポリシリコン
層上でスキャンさせ、上記シリコンシード部以外で上記
各熱酸化膜上に位置するポリシリコン層を再結晶化する
工程、再結晶化した上記ポリシリコン層にゲージ抵抗を
形成する工程及び上記半導体基板の他面から異方性エッ
チングを行い、上記熱酸化膜をエッチングストッパとし
て作用させることにより上記熱酸化膜の他面を露出させ
る工程を含むようにしたものである。
〔作 用〕 この発明によれば、多数の熱酸化膜の相互間で、熱酸
化膜の表面に至る角状又はストライプ状等のシリコンシ
ード部を多数設けると共に、各熱酸化膜を被うようにポ
リシリコン層を形成し、このポリシリコン層にレーザ光
線を照射して先ず各シリコンシード部上に位置するポリ
シリコン層を再結晶化し、次いでレーザ光線を上記ポリ
シリコン層上でスキャンさせてシリコンシード部以外で
各熱酸化膜上に位置するポリシリコン層を再結晶化する
ためポリシリコン層での単結晶の成長が容易となる。
また、基板の他面から異方性エッチング液による深い
エッチングを行なった際、熱酸化膜に到達するとエッチ
ング速度が低下し、ストッパとして作用する。この時、
シリコンシード部では熱酸化膜の部分を越えてシリコン
エッチが進行するが、シリコンシード部を4μm巾以下
のストライプ状又は4μm□以下にしているため約3μ
m程エッチングが進行し(111)面で囲まれた角錐状の
穴が形成された状態でエッチングがストップする。これ
は(111)面ではエッチング速度が極度に低下し、事実
上停止するためである。この結果、シリコンダイヤフラ
ムの面上に数十μm間隔で深さ約3μmの角錐状の穴が
形成される形となるが、ダイヤフラムの厚さ20〜30μm
に比較すれば穴の深さは無視し得るものであり、ほぼ均
一な厚さと見做しても問題はなく、圧力センサの特性に
特別な影響を及ぼすこともない。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を第1図について説明す
る。
第1図は実施例の製造工程を順に示すものであるが、
第2図の(D)工程までは従来の製造方法と同様である
ため図示を省略し、その後の工程のみを示している。
即ち第1図(A)は、第2図(D)工程で熱酸化膜
(5)を形成する際に、数十μm間隔で多数の熱酸化膜
を形成し、その後、第2図(E)に至ると同様の方法に
より形成するもので、各熱酸化膜(5)の相互間で、そ
れらの表面に至る多数のシリコンシード部(11)を数十
μm間隔で配設した形となる。この場合、シリコンシー
ド部(11)は上述した如く、基板のシリコン単結晶が各
熱酸化膜(5)の相互間で、それらの表面に露出したも
ので、後述するようにシリコンシード部上に設けられる
ポリシリコン層の再結晶化を容易にするものであり、4
μm巾以下のストライプ状又は4μm□以下に形成され
る。
次に第1図(B)に示すように、ポリシリコン層
(6)を各熱酸化膜(5)及びその他の基板(1)の表
面に堆積させる。
その後、第1図(C)に示すように、ポリシリコン層
(6)の上面にストライプ状の窒化膜(7)を第2図
(G)の工程と同様な方法により形成し、次に波長0.数
μm前後のレーザ光線(8)をポリシリコン層(6)に
照射し、先ずシリコンシード部(11)上に位置するポリ
シリコン層を再溶融,再結晶化する。続いてレーザ光線
(8)をゆっくりとスキャンし、シリコンシード部以外
で熱酸化膜(5)上に位置するのポリシリコン層を再結
晶化する。シリコンシード部(11)は数十μm間隔で配
設されているため、ポリシリコンの再結晶化は容易に進
行する。なお、このようにして再結晶化される単結晶層
の厚さは数μm以下であるため、これを十分な厚さとす
るために周知のシリカンエピタキシャル成長技術を用い
て膜厚を20〜30μm程度にかさ上げする。
こうして得られたSOI基板(1)は、従来のシリコン
単結晶ウエハや、エピタキシャル成長ウエハと全く同列
に見做して使用することができるため、その後、IC製造
技術のイオン注入により第1図(D)に示すように、ゲ
ージ抵抗(9)をダイヤフラム上に形成すると共に、ア
ルミ配線(12)を設け、圧力センサの感圧部を形成す
る。
次に異方性エッチング液を用い、窒化膜をマスクとし
て基板(1)の他面、即ち図において下面から第2図
(H)と同様な異方性エッチングを行なう。このエッチ
ングは第1図(E)に示すように、(100)面に対し約5
5゜の角度のテーパを持った穴を形成するように行なわ
れるが、熱酸化膜(5)に到達すると急激にエッチング
速度が低下し、ストッパとして作用する。一般に基板
(1)の主面と他面とは完全に平行ではなく、従って10
μm前後のバラツキがある上、エッチング液のエッチレ
ートも安定していないことが多いため、熱酸化膜(5)
に到達する時間は基板(1)の各部でバラツキがある。
従って最も遅く熱酸化膜(5)に到達した部分のエッチ
ング時間をもってシリコンエッチを終了すれば、残った
ダイヤフラム厚みに相当する厚さは非常に均一なものと
なる。
なお、熱酸化膜(5)の表面に数十μm間隔で4μm
巾以下のストライプ状又は4μm□以下の形で設けられ
ているシリコンシード部(11)は異方性エッチングの
際、熱酸化膜(5)を越えてシリコンエッチされること
になるが、異方性エッチングの特徴として第1図(E)
に示すように、(111)面で囲まれた角錐状の穴(13)
が形成されるとそれ以上はエッチングが進行しないとい
う現象があるから4μm巾以下のストライプ状又は4μ
m□以下のシリコンシード部(11)に対しては約3μm
の深さ以上にエッチングは進行せず、この状態でストッ
プする。
このエッチングによって出来上ったシリコンダイヤフ
ラムは、1〜2mm口のダイヤフラム裏面に深さ約3μm
の無数の角錐状ピットが形成された様相を呈するが、ダ
イヤフラムの機能自体には影響がないため、半導体圧力
センサの特性に影響を及ぼすことがない。又、上述した
ように、ダイヤフラムの厚さに比してピットの深さは無
視し得る程度のものであり、熱酸化膜(5)の厚さは精
度よく形成することができるためダイヤフラムの厚さを
揃えることが容易であり、従って特性バラツキの少ない
高歩留の半導体圧力センサが得られるものである。
〔発明の効果〕
この発明は以上のように構成されているため、ポリシ
リコン層での単結晶の成長を容易にすると共に、シリコ
ンダイヤフラムの厚さや特性のバラツキの少ない半導体
圧力センサを製造し得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を製造工程順に示す概略
図、第2図は従来の半導体圧力センサの製造方法を工程
順に示す概略図である。 図において(1)はシリコン単結晶基板、(2)(5)
は熱酸化膜、(3)(7)は窒化膜、(6)はポリシリ
コン層、(8)はレーザ光線、(9)はゲージ抵抗、
(10)はシリコンダイヤフラム、(11)はシリコンシー
ド部、(12)はアルミ配線、(13)は角錐状の穴であ
る。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン単結晶からなる半導体基板の主面
    の所定の個所に所定の間隔で多数の熱酸化膜を形成する
    工程、上記各熱酸化膜の相互間で、上記各熱酸化膜の表
    面に至る4μm幅以下のストライプ状又は4μm□以下
    のシリコンシード部を多数形成する工程、上記各熱酸化
    膜を被うように上記半導体基板の主面上にポリシリコン
    層を形成する工程、上記ポリシリコン層にレーザ光線を
    照射し、上記各シリコンシード部上に位置するポリシリ
    コン層を再結晶化すると共に、上記レーザ光線を上記ポ
    リシリコン層上でスキャンさせ、上記シリコンシード部
    以外で上記各熱酸化膜上に位置するポリシリコン層を再
    結晶化する工程、再結晶化した上記ポリシリコン層にゲ
    ージ抵抗を形成する工程及び上記半導体基板の他面から
    異方性エッチングを行い、上記各熱酸化膜の他面を露出
    させる工程を含む半導体圧力センサの製造方法。
  2. 【請求項2】シリコン単結晶からなる半導体基板の主面
    の所定の個所に所定の間隔で多数の熱酸化膜を形成する
    工程、上記各熱酸化膜の相互間で、上記各熱酸化膜の表
    面に至るシリコンシード部を多数形成する工程、上記各
    熱酸化膜を被うように上記半導体基板の主面上にポリシ
    リコン層を形成する工程、上記ポリシリコン層にレーザ
    光線を照射し、上記各シリコンシード部上に位置するポ
    リシリコン層を再結晶化すると共に、上記レーザ光線を
    上記ポリシリコン層上でスキャンさせ、上記シリコンシ
    ード部以外で上記各熱酸化膜上に位置するポリシリコン
    層を再結晶化する工程、再結晶化した上記ポリシリコン
    層にゲージ抵抗を形成する工程及び上記半導体基板の他
    面から異方性エッチングを行い、上記各熱酸化膜をエッ
    チングストッパとして作用させることにより上記各熱酸
    化膜の他面を露出させる工程を含む半導体圧力センサの
    製造方法。
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