JP2825071B2 - Manufacturing method of semiconductor sensor - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor sensorInfo
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- JP2825071B2 JP2825071B2 JP13396395A JP13396395A JP2825071B2 JP 2825071 B2 JP2825071 B2 JP 2825071B2 JP 13396395 A JP13396395 A JP 13396395A JP 13396395 A JP13396395 A JP 13396395A JP 2825071 B2 JP2825071 B2 JP 2825071B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体センサの製造方法
に関し、特に薄い梁部の歪などにより圧力や加速度を検
出する半導体センサの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor sensor, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor sensor for detecting pressure and acceleration by distortion of a thin beam.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の加速度センサ等は、重りのついた
梁が圧力や加速度を受けて歪み、そのために梁部に設け
た抵抗素子の抵抗値が変化することを利用して圧力や加
速度を検出することが知られている。しかも、これらセ
ンサを半導体で形成することにより、センサの小型化が
実現されている。例えば、半導体加速度センサの例とし
ては、IEEE Electron Devices,
Vol.ED−26,No.12,p1911,De
c.1979 ″A Batch−Fabricate
d Sillicon Accelerometer″
等に記載されたものが知られている。2. Description of the Related Art A conventional acceleration sensor or the like utilizes the fact that a weighted beam is distorted by receiving pressure or acceleration and the resistance value of a resistive element provided on the beam changes, so that the pressure or acceleration is measured. It is known to detect. Moreover, by forming these sensors from semiconductors, downsizing of the sensors is realized. For example, as an example of a semiconductor acceleration sensor, IEEE Electron Devices,
Vol. ED-26, no. 12, p1911, De
c. 1979 "A Batch-Fabricate
d Silicon Accelerometer "
And the like are known.
【0003】図4はかかる従来の半導体加速度センサの
斜視図である。図4に示すように、この半導体加速度セ
ンサは一枚のシリコン基板から異方性エッチングによっ
て厚肉の支持部12と、薄肉の梁部7および厚肉の重り
部10とを形成したものである。このセンサは衝撃を受
けると、慣性により重り部10が変位し、梁部7が歪む
ことを利用して衝撃の大きさを検知しようというもので
ある。この場合、重り部10や梁部7の形状がセンサの
感度に直接影響し、特に梁部7の厚さについては、加速
度センサ,圧力センサ共に高い寸法精度を要求される。FIG. 4 is a perspective view of such a conventional semiconductor acceleration sensor. As shown in FIG. 4, this semiconductor acceleration sensor has a thick support portion 12, a thin beam portion 7, and a thick weight portion 10 formed by anisotropic etching from a single silicon substrate. . This sensor detects the magnitude of the impact by utilizing the fact that the weight 10 is displaced by inertia and the beam 7 is distorted when subjected to an impact. In this case, the shape of the weight 10 or the beam 7 directly affects the sensitivity of the sensor. In particular, regarding the thickness of the beam 7, both the acceleration sensor and the pressure sensor require high dimensional accuracy.
【0004】このため、センサ製造プロセスにおける梁
厚の制御方法は、大変重要な課題であり、様々な方法が
用いられている。以下、梁形成に重点を置いて幾つかの
従来例を説明する。Therefore, a method of controlling the beam thickness in the sensor manufacturing process is a very important issue, and various methods are used. Hereinafter, some conventional examples will be described with emphasis on beam formation.
【0005】図5(a)〜(c)はそれぞれ従来の一例
を説明するための工程順に示した半導体センサの断面図
である。まず図5(a)に示すように、異方性エッチン
グによって半導体センサを製造するにあたり、シリコン
基板1上に上部保護膜2および下部保護膜3をエッチン
グのマスクとして形成する。ついで、図5(b)に示す
ように、ホトリソグラフィ工程によりシリコン基板1裏
面の下部保護膜3に梁用穴開け部5aを形成する。さら
に、図5(c)に示すように、シリコン基板1に200
〜400μmの異方性エッチングを行い、梁部7を形成
する。FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining an example of the related art. First, as shown in FIG. 5A, in manufacturing a semiconductor sensor by anisotropic etching, an upper protective film 2 and a lower protective film 3 are formed on a silicon substrate 1 as an etching mask. Next, as shown in FIG. 5B, a beam hole 5a is formed in the lower protective film 3 on the back surface of the silicon substrate 1 by a photolithography process. Further, as shown in FIG.
The beam portion 7 is formed by performing anisotropic etching of about 400 μm.
【0006】この製造方法は、異方性エッチングを行う
エッチング液のエッチングレート等を管理することによ
り、梁部7の厚さを制御するものである。In this manufacturing method, the thickness of the beam 7 is controlled by controlling the etching rate of an etching solution for performing anisotropic etching.
【0007】また、かかる梁部厚の制御のほかに、梁厚
のばらつきを低減する方法として、導電型の異なる二つ
の結晶層(p型,n型)からなる半導体基板を使用し、
電界エッチングによって一方の導電型の結晶層を除去
し、他方の逆導電型の結晶層を梁部として利用する方法
もある。In addition to controlling the beam thickness, as a method of reducing the beam thickness variation, a semiconductor substrate composed of two crystal layers (p-type and n-type) having different conductivity types is used.
There is also a method of removing one conductive type crystal layer by electric field etching and using the other conductive type crystal layer as a beam portion.
【0008】図6(a)〜(c)はそれぞれかかる従来
の他の例を説明するための工程順に示した半導体センサ
の断面図である。まず、図6(a)に示すように、p型
シリコン基板1の上に所望の梁厚と同じ厚さのn型シリ
コン層11を形成する。しかる後、この積層半導体基板
の両面に保護膜13を形成する。つぎに、図6(b)に
示すように、ホトリソグラフィ工程によりp型シリコン
基板1の下面を保護している保護膜13に梁用穴開け部
5aを形成する。さらに、図6(c)に示すように、電
界エッチングを行うことによりp型シリコン基板1のみ
がエッチングされ、n型シリコン層11とほぼ同等の厚
みを有する梁部7が形成される。FIGS. 6 (a) to 6 (c) are cross-sectional views of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining another example of the related art. First, as shown in FIG. 6A, an n-type silicon layer 11 having the same thickness as a desired beam thickness is formed on a p-type silicon substrate 1. Thereafter, protective films 13 are formed on both surfaces of the laminated semiconductor substrate. Next, as shown in FIG. 6B, a beam opening 5a is formed in the protective film 13 protecting the lower surface of the p-type silicon substrate 1 by a photolithography process. Further, as shown in FIG. 6C, only the p-type silicon substrate 1 is etched by performing the electric field etching, and the beam portion 7 having a thickness substantially equal to that of the n-type silicon layer 11 is formed.
【0009】ここで、電界エッチングはp型シリコン基
板1のみをエッチングする目的で使用されている。すな
わち、エッチング液中でシリコン基板1に電圧を印加
(電界エッチング)すると、p型シリコン基板1のエッ
チングが進行し、n型シリコン層11が露出したとき
に、その露出したシリコン層11の表面に酸化膜が形成
(陽極酸化)され、エッチングが停止する原理を利用し
ている。Here, the electric field etching is used for the purpose of etching only the p-type silicon substrate 1. That is, when a voltage is applied to the silicon substrate 1 (electric field etching) in the etching solution, the etching of the p-type silicon substrate 1 proceeds, and when the n-type silicon layer 11 is exposed, the surface of the exposed silicon layer 11 is It utilizes the principle that an oxide film is formed (anodic oxidation) and etching stops.
【0010】上述した図5および図6に基ずく二つの従
来例は、一回のエッチングで所望とする梁厚を得ようと
するものであるが、これらの方法はエッチング量が多く
且つ時間も要する為、ウェーハ間でのエッチングばらつ
きが大きくなる。そのため、エッチングを1回でなく2
回以上に分け、順次残りのエッチング量を測定しながら
微調整を行う必要がある。The two conventional examples based on FIGS. 5 and 6 described above are intended to obtain a desired beam thickness by one etching. However, these methods require a large amount of etching and a long time. Therefore, the variation in etching between wafers increases. Therefore, it is necessary to perform etching twice instead of once.
It is necessary to make fine adjustments while sequentially measuring the remaining etching amount.
【0011】さらに、梁厚の高精度な加工を実現する方
法として、シリコン基板を酸化剤と酸化膜除去剤とに交
互に浸漬する方法もある。この方法は、例えば特開平1
−107545号公報に開示されている。Further, as a method for realizing highly accurate processing of the beam thickness, there is a method of alternately immersing a silicon substrate in an oxidizing agent and an oxide film removing agent. This method is disclosed in, for example,
It is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. -10-54545.
【0012】図7(a)〜(c)はそれぞれかかる従来
のまた別の例を説明するための工程順に示した半導体セ
ンサの断面図である。まず、図7(a)に示すように、
シリコン基板1に対し保護膜としての熱酸化膜6を上下
に形成し、前述した従来例と同様のエッチング方法によ
りシリコン基板1をエッチングし、所望の梁厚よりも若
干厚くなるようにシリコン基板薄膜部4を形成する。つ
ぎに、図7(b)に示すように、シリコン基板薄膜部4
の厚み測定を行い、残りのエッチング量を確認しエッチ
ング面以外をレジスト14で覆う。しかる後、シリコン
基板1を硝酸溶液に浸漬してシリコン表面を酸化させる
ことにより、酸化部15を形成する。なお、このときの
酸化膜15の厚さは硝酸の濃度と温度によって決まる。
その後、図7(c)に示すように、シリコン基板1を良
く水洗し、薬品が残らないようにしてからフッ酸溶液に
浸漬し、酸化膜15を除去する。これら図7(a)〜
(c)の工程を繰り返し、所望の梁厚が得られるまでエ
ッチィングを行う。FIGS. 7A to 7C are sectional views of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining another example of the related art. First, as shown in FIG.
A thermal oxide film 6 as a protective film is formed on the silicon substrate 1 above and below, and the silicon substrate 1 is etched by the same etching method as in the above-described conventional example, so that the silicon substrate thin film is slightly thicker than a desired beam thickness. The part 4 is formed. Next, as shown in FIG.
Is measured, and the remaining etching amount is confirmed. Thereafter, the silicon substrate 1 is immersed in a nitric acid solution to oxidize the silicon surface, thereby forming an oxidized portion 15. At this time, the thickness of the oxide film 15 is determined by the concentration of nitric acid and the temperature.
Thereafter, as shown in FIG. 7C, the silicon substrate 1 is thoroughly washed with water so that no chemical remains, and then immersed in a hydrofluoric acid solution to remove the oxide film 15. FIG.
The process of (c) is repeated, and etching is performed until a desired beam thickness is obtained.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体センサの製造方法は、シリコン薄膜のエッチングに
ついて幾つかの方法が提案されているが、これら従来の
方法には次のような欠点がある。As described above, several conventional methods for manufacturing a semiconductor sensor have been proposed for etching a silicon thin film. However, these conventional methods have the following disadvantages. is there.
【0014】まず、図5の製造方法では、シリコン基板
に200〜400μmの非常に深いエッチングを行うに
あたり、エッチング液のエッチングレートを管理するだ
けで所望の梁厚を得ようとしているため、梁厚はエッチ
ング時の液温度、エッチング時間およびエッチング液の
攪拌状態で変動する。従って、ウェーハ面内でばらつき
を発生することはもとより、ウェーハ間でも数十μm以
上のばらつきを発生してしまう。例えば、梁厚を目標で
ある1μm以下のばらつきに抑えることは非常に困難に
なる。First, in the manufacturing method of FIG. 5, when a very deep etching of 200 to 400 μm is performed on a silicon substrate, a desired beam thickness is obtained only by controlling an etching rate of an etching solution. Fluctuates depending on the liquid temperature during etching, the etching time, and the stirring state of the etching liquid. Therefore, not only variations occur in the wafer plane, but also variations of several tens of μm or more occur between wafers. For example, it is very difficult to suppress the beam thickness to the target variation of 1 μm or less.
【0015】また、図6の従来例では、n型シリコン層
を形成する時点での厚さのばらつきが数μm程度ある。
このn型シリコン層の厚さのばらつきは、直接梁厚の精
度に影響してくる。また、電界エッチングにおけるエッ
チング液中のウェーハ配置位置の相違による電位分布の
ばらつきや、基板と電圧印加端子とのコンタクト性のば
らつき等も数μm程度影響してくる。このため、全体で
も最低2μm程度のばらつきが発生し、これらのばらつ
きを追加エッチングにより調整しようとしても、上述し
たように、エッチング時の液温度、エッチング時間およ
びエッチング液の攪拌状態でエッチングレートが変動す
るため、目標とするエッチング精度を得ることは困難で
ある。In the conventional example of FIG. 6, the thickness variation at the time of forming the n-type silicon layer is about several μm.
This variation in the thickness of the n-type silicon layer directly affects the accuracy of the beam thickness. In addition, variations in the potential distribution due to differences in the position of the wafer in the etching solution during electric field etching, variations in the contact characteristics between the substrate and the voltage application terminal, and the like also affect the surface by several μm. For this reason, variations of at least about 2 μm are generated as a whole. Even if an attempt is made to adjust these variations by additional etching, as described above, the etching rate fluctuates depending on the liquid temperature during etching, the etching time, and the stirring state of the etching liquid. Therefore, it is difficult to obtain a target etching accuracy.
【0016】さらに、図7の従来例では、エッチング精
度は良くなるものの、1回のエッチング量が数十オング
ストローム程度と少ないので、数十〜数百回のエッチン
グを必要とし、多大な工数が発生してしまう。Further, in the conventional example of FIG. 7, although the etching accuracy is improved, the amount of one etching is as small as several tens of angstroms, so that several tens to several hundreds of etchings are required, and a great number of man-hours are generated. Resulting in.
【0017】本発明の目的は、かかる梁厚を高精度に且
つ効率的に制御し、特性の安定した半導体センサの製造
方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor sensor having stable characteristics by controlling the beam thickness with high accuracy and efficiency.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体センサの
製造方法は、シリコン基板に厚肉の支持部および前記支
持部につながる薄肉の梁部を形成し、前記梁部の歪みを
利用して加速度や圧力を検知する半導体センサの製造方
法において、前記シリコン基板に前記支持部および前記
梁部を形成するためのマスクとなる保護膜を形成する工
程と、前記保護膜を通して前記シリコン基板を異方性ウ
ェットエッチングし、前記梁部の厚さよりも厚い所望の
厚さの基板薄膜部を形成する工程と、前記保護膜を除去
してから前記基板薄膜部の厚さが所望の値になるまで前
記シリコン基板を熱酸化して全面に熱酸化膜を形成する
工程と、前記熱酸化膜を弗酸等でエッチング除去する工
程とを含んで構成される。According to a method of manufacturing a semiconductor sensor of the present invention, a thick support portion and a thin beam portion connected to the support portion are formed on a silicon substrate, and distortion of the beam portion is utilized. In a method of manufacturing a semiconductor sensor for detecting acceleration or pressure, a step of forming a protective film serving as a mask for forming the support portion and the beam portion on the silicon substrate, and forming the silicon substrate anisotropically through the protective film. Wet etching, and the desired thickness is larger than the thickness of the beam portion .
Forming a substrate film of a thickness, the thickness of the substrate film unit after removing the protective film to form a thermal oxide film on the whole surface of the silicon substrate is thermally oxidized to the desired value And a step of etching and removing the thermal oxide film with hydrofluoric acid or the like.
【0019】また、本発明の半導体センサの製造方法
は、シリコン基板に厚肉の支持部と前記支持部につなが
る薄肉の梁部および前記梁部につながる厚肉の重り部を
形成し、前記重り部の変位もしくは前記重り部の変位に
伴う前記梁部の歪みを利用して加速度や圧力を検知する
半導体センサの製造方法において、前記シリコン基板に
前記支持部および前記梁部を形成するための保護膜を形
成する工程と、前記保護膜を通して前記シリコン基板を
異方性ウェットエッチングし、前記梁部の厚さよりも厚
い所望の厚さの基板薄膜部を形成する工程と、前記保護
膜を除去してから前記基板薄膜部の厚さが所望の値にな
るまで前記シリコン基板の全面を熱酸化し熱酸化膜を形
成する工程と、前記熱酸化膜に前記支持部と前記重り部
との間で前記梁部以外の空隙部を形成するための空隙用
窓開け部を形成する工程と、前記熱酸化膜を通して前記
シリコン基板をエッチングし前記熱酸化膜の一部を残し
て空隙部を形成する工程と、前記熱酸化膜を弗酸等でエ
ッチング除去する工程とを含んで構成される。In the method of manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention, a thick support portion, a thin beam portion connected to the support portion, and a thick weight portion connected to the beam portion are formed on a silicon substrate. In a method of manufacturing a semiconductor sensor for detecting acceleration or pressure by utilizing a distortion of the beam part accompanying a displacement of a part or a displacement of the weight part, protection for forming the support part and the beam part on the silicon substrate forming a film, the silicon substrate is anisotropically wet etched through the protective film, thickness than the thickness of the beam portion
Forming a substrate thin film portion having a desired thickness, and removing the protective film and thermally oxidizing the entire surface of the silicon substrate until the thickness of the substrate thin film portion reaches a desired value, thereby forming a thermal oxide film. Forming, forming a gap window opening for forming a gap other than the beam portion between the support portion and the weight portion in the thermal oxide film, and forming the thermal oxide film through the thermal oxide film. The method includes a step of etching a silicon substrate to form a void portion while leaving a part of the thermal oxide film, and a step of etching and removing the thermal oxide film with hydrofluoric acid or the like.
【0020】さらに、本発明の半導体センサの製造方法
は、一導電型シリコン基板とその上に形成される逆導電
型のシリコン層からなる半導体基板を加工して厚肉の支
持部および前記支持部につながる薄肉の梁部を形成し、
前記梁部の歪みを利用して加速度や圧力を検知する半導
体センサの製造方法において、前記一導電型シリコン基
板に前記梁部の厚さよりも厚い逆導電型シリコン層を形
成する工程と、前記一導電型シリコン基板に前記支持部
および前記梁部を形成するためのマスクとなる保護膜を
形成する工程と、前記保護膜を通して前記一導電型シリ
コン基板を異方性ウェットエッチングし、前記梁部の厚
さよりも厚い所望の厚さの基板薄膜部を形成する工程
と、前記保護膜を除去してから前記基板薄膜部の厚さが
所望の値になるまで前記逆導電型シリコン層を熱酸化し
て全面に熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜を弗
酸等でエッチング除去する工程とを含んで構成される。Further, according to the method for manufacturing a semiconductor sensor of the present invention, a semiconductor substrate comprising a silicon substrate of one conductivity type and a silicon layer of the opposite conductivity type formed thereon is processed to provide a thick support portion and the support portion. Forming a thin beam that leads to
The method of manufacturing a semiconductor sensor for detecting acceleration or pressure by using a strain of the beam portion, and forming a reverse conductivity type silicon layer has thickness smaller than the thickness of the front Kihari portion to said one conductivity type silicon substrate, forming a protective film to be a mask for forming the supporting portion and the beam portion to the one conductivity type silicon substrate, said one conductivity type silicon substrate by anisotropic wet etching through said protective layer, the beam Forming a substrate thin film portion having a desired thickness larger than the thickness of the portion, and removing the protective film, and then heating the reverse conductivity type silicon layer until the thickness of the substrate thin film portion reaches a desired value. The method includes a step of forming a thermal oxide film on the entire surface by oxidation, and a step of etching and removing the thermal oxide film with hydrofluoric acid or the like.
【0021】[0021]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0022】図1(a)〜(d)はそれぞれ本発明の第
1の実施例を説明するための工程順に示した半導体セン
サの断面図である。本実施例はシリコン基板に厚肉の支
持部およびこの支持部につながる薄肉の梁部を形成し、
梁部の歪みを利用して加速度や圧力を検知する半導体セ
ンサの製造例であり、重り部を必要としない場合であ
る。FIGS. 1A to 1D are sectional views of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a thick support portion and a thin beam portion connected to the support portion are formed on a silicon substrate,
This is an example of manufacturing a semiconductor sensor that detects acceleration and pressure using the strain of a beam portion, and does not require a weight portion.
【0023】まず、図1(a)に示すように、シリコン
基板1の両面にこのシリコン基板1とエッチング選択比
が取れるような上部保護膜2および下部保護膜3を形成
する。これらの保護膜2,3としては、例えば酸化膜や
窒化膜が用いられ、支持部や梁部を形成するためのマス
クとなる。First, as shown in FIG. 1A, an upper protective film 2 and a lower protective film 3 are formed on both surfaces of a silicon substrate 1 so as to obtain an etching selectivity with respect to the silicon substrate 1. For example, an oxide film or a nitride film is used as the protective films 2 and 3 and serves as a mask for forming a support portion and a beam portion.
【0024】つぎに、図1(b)に示すように、ホトリ
ソグラフィ工程により下部保護膜3に梁部を形成するた
めの梁用穴開け部5を形成する。しかる後、その梁用穴
開け部5より異方性エッチング液(例えば、KOH20
%水溶液,90℃)によってシリコン基板1を400μ
m程度ウェットエッチングし、シリコン基板薄膜部4の
厚さが所望の厚さより2μm程度厚くなる時点でエッチ
ングを終了させる。なお、必要があれば、かかるウェッ
トエッチングを数回に分けて行ってもよい。Next, as shown in FIG. 1B, a beam opening 5 for forming a beam in the lower protective film 3 is formed by a photolithography process. Thereafter, the anisotropic etching solution (for example, KOH20
% Aqueous solution, 90 ° C.)
The wet etching is performed for about m, and the etching is terminated when the thickness of the silicon substrate thin film portion 4 becomes larger than the desired thickness by about 2 μm. If necessary, the wet etching may be performed several times.
【0025】ここで、シリコン基板薄膜部4の厚さを所
望の厚さより2μm程度厚くなるように制御しながら、
400μm程度のエッチングを行った場合、実際には数
十μmの厚みばらつきが発生する。そのため、図1
(c)に示すように、保護膜2,3を除去してからシリ
コン基板薄膜部4の厚さを測定し、所望とする梁部の厚
さとの差を確認した後、その差分だけシリコン基板1を
熱酸化法により熱酸化して全面に熱酸化膜6を形成す
る。このとき、熱酸化で消費(酸化)されるシリコンの
量(厚さ)は、形成した酸化膜厚の44%となる。Here, while controlling the thickness of the silicon substrate thin film portion 4 to be about 2 μm thicker than the desired thickness,
When etching of about 400 μm is performed, thickness variation of several tens μm actually occurs. Therefore, FIG.
As shown in (c), after the protective films 2 and 3 are removed, the thickness of the silicon substrate thin film portion 4 is measured, and a difference from the desired beam portion thickness is confirmed. 1 is thermally oxidized by a thermal oxidation method to form a thermal oxide film 6 on the entire surface. At this time, the amount (thickness) of silicon consumed (oxidized) by the thermal oxidation is 44% of the formed oxide film thickness.
【0026】最後に、図1(d)に示すように、熱酸化
膜6をシリコン基板1とエッチング選択比がとれるバッ
ファード弗酸等でエッチングして除去する。かかる熱酸
化膜6を除去すれば、シリコン部分のみが残り、所望の
厚さの梁部7が得られる。Finally, as shown in FIG. 1D, the thermal oxide film 6 is removed by etching with a buffered hydrofluoric acid or the like having an etching selectivity with respect to the silicon substrate 1. When the thermal oxide film 6 is removed, only the silicon portion remains, and the beam portion 7 having a desired thickness is obtained.
【0027】以上の工程、特に梁部7の厚さの調整に膜
厚のウェーハ間ばらつきが数十nm以下である熱酸化法
を利用することにより、数nmから数十nm程度の梁厚
制御が可能となる。By using a thermal oxidation method in which the variation in film thickness between wafers is several tens nm or less for the above steps, particularly for adjusting the thickness of the beam part 7, the beam thickness can be controlled from several nm to several tens nm. Becomes possible.
【0028】図2(a)〜(e)はそれぞれ本発明の第
2の実施例を説明するための工程順に示した半導体セン
サの断面図である。本実施例はシリコン基板に厚肉の支
持部とこの支持部につながる薄肉の梁部およびこの梁部
につながる厚肉の重り部を形成し、その重り部の変位も
しくは重り部の変位に伴う梁部の歪みを利用して加速度
や圧力を検知する半導体センサの製造例である。その特
徴とする点は、梁厚調整時に形成する熱酸化膜を重り部
の周囲に形成する空隙形成時のエッチングマスクに使用
することにある。FIGS. 2A to 2E are sectional views of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a thick support portion, a thin beam portion connected to the support portion, and a thick weight portion connected to the beam portion are formed on the silicon substrate, and the displacement of the weight portion or the beam accompanying the displacement of the weight portion is formed. 7 is a manufacturing example of a semiconductor sensor that detects acceleration and pressure by using distortion of a part. The feature is that the thermal oxide film formed at the time of adjusting the beam thickness is used as an etching mask at the time of forming a void formed around the weight.
【0029】まず、図2(a)に示すように、シリコン
基板1に支持部および梁部を形成するための第1のマス
クとなる上部保護膜2および下部保護膜3を形成する。First, as shown in FIG. 2A, an upper protective film 2 and a lower protective film 3 serving as a first mask for forming a support portion and a beam portion on a silicon substrate 1 are formed.
【0030】ついで、図2(b)に示すように、ホトリ
ソグラフィ工程によって下部保護膜3に梁部および空隙
部を形成するための梁用穴開け部5を形成した後、その
下部保護膜3をマスクとして穴開け部5から異方性エッ
チング液によりシリコン基板1を400μm程度ウェッ
トエッチングし、シリコン基板薄膜部4の厚さが所望の
厚さより2μm程度厚くなるようにする。Next, as shown in FIG. 2 (b), after forming a beam hole 5 for forming a beam and a void in the lower protective film 3 by a photolithography process, the lower protective film 3 is formed. Is used as a mask, the silicon substrate 1 is wet-etched by about 400 μm with an anisotropic etching solution from the perforated section 5 so that the thickness of the silicon substrate thin-film section 4 becomes about 2 μm thicker than a desired thickness.
【0031】その後、図2(c)に示すように、保護膜
2,3を除去してからシリコン基板1を熱酸化法により
熱酸化して全面に熱酸化膜6を形成する。この熱酸化膜
6は空隙部を形成するときのマスクとして用いられる。
なお、梁部となる厚さを残して熱酸化する工程までは前
述した第1の実施例と同じである。Thereafter, as shown in FIG. 2C, the protective films 2 and 3 are removed, and then the silicon substrate 1 is thermally oxidized by a thermal oxidation method to form a thermal oxide film 6 on the entire surface. This thermal oxide film 6 is used as a mask when forming a void.
The steps up to the step of thermally oxidizing while leaving the thickness of the beam portion are the same as those in the first embodiment.
【0032】つぎに、図2(d)に示すように、シリコ
ン基板1の上面より空隙用穴開け部8をホトリソグラフ
ィ工程により形成し、その空隙用穴開け部8を通してシ
リコン基板1を同様にエッチングする。このエッチング
により、空隙部9が形成される。Next, as shown in FIG. 2D, a hole-forming portion 8 is formed from the upper surface of the silicon substrate 1 by a photolithography process, and the silicon substrate 1 is similarly formed through the hole-forming portion 8. Etch. The void 9 is formed by this etching.
【0033】最後に、図2(e)に示すように、熱酸化
膜6を弗酸等でエッチングして除去することにより、重
り部10と結合した所望の厚さの梁部7が得られる。Finally, as shown in FIG. 2E, by removing the thermal oxide film 6 by etching with hydrofluoric acid or the like, a beam portion 7 having a desired thickness combined with the weight portion 10 is obtained. .
【0034】図3(a)〜(d)はそれぞれ本発明の第
3の実施例を説明するための工程順に示した半導体セン
サの断面図である。まず、図3(a)に示すように、本
実施例はp型シリコン基板1の上面にn型シリコン層1
1を所望とする梁部の厚さよりも2μm厚く形成する。
さらに、これらシリコン基板1,n型シリコン層11の
上にそれぞれ下部保護膜3,上部保護膜2をシリコン基
板1とエッチング選択比がとれるような酸化膜等で形成
する。FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining a third embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, in this embodiment, an n-type silicon layer 1 is formed on an upper surface of a p-type silicon substrate 1.
1 is formed 2 μm thicker than the desired thickness of the beam portion.
Further, a lower protective film 3 and an upper protective film 2 are formed on the silicon substrate 1 and the n-type silicon layer 11, respectively, with an oxide film or the like having an etching selectivity with respect to the silicon substrate 1.
【0035】つぎに、図3(b)に示すように、ホトリ
ソグラフィ工程によりp型シリコン基板1裏面の下部保
護膜3に梁部を形成するための梁用穴開け部5を形成
し、p型シリコン基板1を電界エッチングすると、シリ
コン基板1とn型シリコン層11の境界面(pn接合
面)でエッチングが停止する。これにより、n型シリコ
ン層11は、所望とする梁部の厚さよりも2μm程度厚
い基板薄膜部4のみが残される。上述した電界エッチン
グには、濃度20%のKOH水溶液(温度90℃)を利
用するとともに、n型シリコン層11を+電位、KOH
水溶液を−電位として数V程度の電圧印加を行ってい
る。Next, as shown in FIG. 3B, a beam opening 5 for forming a beam in the lower protective film 3 on the back surface of the p-type silicon substrate 1 is formed by a photolithography process. When the type silicon substrate 1 is subjected to electric field etching, the etching stops at the boundary surface (pn junction surface) between the silicon substrate 1 and the n-type silicon layer 11. Thus, only the substrate thin film portion 4 of the n-type silicon layer 11 which is about 2 μm thicker than the desired thickness of the beam portion is left. In the above-described electric field etching, a 20% aqueous KOH solution (temperature: 90 ° C.) is used, and the n-type silicon layer 11 is set to a positive potential and KOH
A voltage of about several volts is applied using the aqueous solution as a negative potential.
【0036】さらに、図3(c)に示すように、所望と
する梁部の厚さよりも2μm程度厚いシリコン層を形成
しようとしても、実際には2μm程度のウェーハ間ばら
つきを有するため、薄膜となったn型シリコン層11の
厚さを測定して所望とする梁部の厚さを確認する。その
後、保護膜2,3を除去してから、その差分だけシリコ
ン基板1を熱酸化法で酸化し、熱酸化膜6を形成する。Further, as shown in FIG. 3C, even if an attempt is made to form a silicon layer about 2 μm thicker than the desired thickness of the beam portion, there is actually a wafer-to-wafer variation of about 2 μm. The thickness of the n-type silicon layer 11 is measured to confirm the desired thickness of the beam portion. Then, after removing the protective films 2 and 3, the silicon substrate 1 is oxidized by a thermal oxidation method by the difference to form a thermal oxide film 6.
【0037】最後に、図3(d)に示すように、この熱
酸化膜6をシリコン基板1とエッチング選択比がとれる
バッファード弗酸等でエッチング除去することにより、
シリコン部分のみが残り、所望とする梁部7の厚さが得
られる。Finally, as shown in FIG. 3 (d), the thermal oxide film 6 is removed by etching with a buffered hydrofluoric acid or the like having a high etching selectivity with respect to the silicon substrate 1.
Only the silicon portion remains, and the desired thickness of the beam portion 7 is obtained.
【0038】このように、本実施例によれば、電界エッ
チングを利用することにより、梁部厚のウェーハ面内ば
らつきを低減でき、さらにシリコン基板に対する熱酸化
法を用いて調整エッチングを実施することにより、所望
とする梁部の厚さを高精度に制御することができる。な
お、本実施例における基板とシリコン層の導電型がn型
とp型に逆になっても同様に実現でき、また上層が拡散
によって形成されていても十分に対応することができ
る。As described above, according to the present embodiment, the in-plane variation of the beam thickness can be reduced by using the electric field etching, and the adjustment etching can be performed on the silicon substrate by using the thermal oxidation method. Thereby, the desired thickness of the beam portion can be controlled with high accuracy. Note that the present embodiment can be similarly realized even when the conductivity types of the substrate and the silicon layer in the present embodiment are reversed to n-type and p-type, and can sufficiently cope with the case where the upper layer is formed by diffusion.
【0039】以上、幾つかの実施例について説明した
が、これらの実施例によれば、梁厚を精度よく制御する
ことができ、ウェーハ面内のばらつきも少なくすること
が可能となる。また、熱酸化は数μm厚まで制御するこ
とができるので、調整エッチングも1回もしくは数回程
度で済み、効率のよい製造方法を実現できる。Although several embodiments have been described above, according to these embodiments, the beam thickness can be controlled with high accuracy, and the variation in the wafer surface can be reduced. In addition, since thermal oxidation can be controlled to a thickness of several μm, adjustment etching can be performed only once or several times, and an efficient manufacturing method can be realized.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体セ
ンサの製造方法は、異方性ウェットエッチングで所望と
する梁厚よりも厚く形成された基板薄膜部を形成した
後、熱酸化を施し、ついでその熱酸化膜をエッチングし
て除去することにより、梁部厚を精度よく制御すること
ができるので、特性感度の揃った半導体センサを供給で
きるという効果がある。また、本発明は加速度センサ等
で必要な空隙部の形成時に熱酸化膜をエッチングマスク
として使用できるので、新たなマスクを形成する必要が
無く、効率的に製造できるという効果がある。さらに、
本発明は電界エッチングと組み合わせることにより、ウ
ェーハ面内のばらつきを低減できるという効果がある。As described above, in the method of manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention, after forming a substrate thin film portion thicker than a desired beam thickness by anisotropic wet etching, thermal oxidation is performed. Then, by removing the thermal oxide film by etching, the thickness of the beam portion can be accurately controlled, so that a semiconductor sensor having uniform characteristic sensitivity can be provided. Further, according to the present invention, since a thermal oxide film can be used as an etching mask at the time of forming a void portion required for an acceleration sensor or the like, there is no need to form a new mask, and there is an effect that manufacturing can be performed efficiently. further,
The present invention has the effect of reducing variations in the wafer plane by combining with electric field etching.
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
に示した半導体センサの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor sensor shown in a process order for explaining a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための工程順
に示した半導体センサの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施例を説明するための工程順
に示した半導体センサの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor sensor shown in a process order for explaining a third embodiment of the present invention.
【図4】従来の半導体加速度センサの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a conventional semiconductor acceleration sensor.
【図5】従来の一例を説明するための工程順に示した半
導体センサの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining an example of the related art.
【図6】従来の他の例を説明するための工程順に示した
半導体センサの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining another conventional example.
【図7】従来のまた別の例を説明するための工程順に示
した半導体センサの断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor sensor shown in the order of steps for explaining another conventional example.
1 シリコン基板 2,3 保護膜 4 基板薄膜部 5 梁用穴開け部 6 熱酸化膜 7 梁部 8 空隙用穴開け部 9 空隙部 10 重り部 11 n型シリコン層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2, 3 Protective film 4 Substrate thin film part 5 Beam drilling part 6 Thermal oxide film 7 Beam part 8 Void drilling part 9 Void part 10 Weight part 11 N-type silicon layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/84 G01L 9/04 101 G01P 15/12 H01L 21/306──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/84 G01L 9/04 101 G01P 15/12 H01L 21/306
Claims (3)
支持部につながる薄肉の梁部を形成し、前記梁部の歪み
を利用して加速度や圧力を検知する半導体センサの製造
方法において、前記シリコン基板に前記支持部および前
記梁部を形成するためのマスクとなる保護膜を形成する
工程と、前記保護膜を通して前記シリコン基板を異方性
ウェットエッチングし、前記梁部の厚さよりも厚い所望
の厚さの基板薄膜部を形成する工程と、前記保護膜を除
去してから前記基板薄膜部の厚さが所望の値になるまで
前記シリコン基板を熱酸化して全面に熱酸化膜を形成す
る工程と、前記熱酸化膜を弗酸等でエッチング除去する
工程とを含むことを特徴とする半導体センサの製造方
法。1. A method of manufacturing a semiconductor sensor, comprising: forming a thick support portion and a thin beam portion connected to the support portion on a silicon substrate, and detecting acceleration and pressure by using distortion of the beam portion. forming a protective film to be a mask for forming the supporting portion and the beam portion in the silicon substrate, the silicon substrate is anisotropically wet etched through the passivation layer, optionally greater than the thickness of the beam portion
Forming a substrate film of a thickness of the thermally oxidized film of the silicon substrate on the entire surface by thermal oxidation to a thickness of the substrate film unit after removing the protective film becomes a desired value formation of And a step of etching and removing the thermal oxide film with hydrofluoric acid or the like.
部につながる薄肉の梁部および前記梁部につながる厚肉
の重り部を形成し、前記重り部の変位もしくは前記重り
部の変位に伴う前記梁部の歪みを利用して加速度や圧力
を検知する半導体センサの製造方法において、前記シリ
コン基板に前記支持部および前記梁部を形成するための
保護膜を形成する工程と、前記保護膜を通して前記シリ
コン基板を異方性ウェットエッチングし、前記梁部の厚
さよりも厚い所望の厚さの基板薄膜部を形成する工程
と、前記保護膜を除去してから前記基板薄膜部の厚さが
所望の値になるまで前記シリコン基板の全面を熱酸化し
熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜に前記支持部
と前記重り部との間で前記梁部以外の空隙部を形成する
ための空隙用窓開け部を形成する工程と、前記熱酸化膜
を通して前記シリコン基板をエッチングし前記熱酸化膜
の一部を残して空隙部を形成する工程と、前記熱酸化膜
を弗酸等でエッチング除去する工程とを含むことを特徴
とする半導体センサの製造方法。2. A silicon substrate having a thick support portion, a thin beam portion connected to the support portion, and a thick weight portion connected to the beam portion, wherein a displacement of the weight portion or a displacement of the weight portion is formed. A method of manufacturing a semiconductor sensor for detecting acceleration and pressure by utilizing the distortion of the beam portion, a step of forming a protective film for forming the support portion and the beam portion on the silicon substrate; said silicon substrate to anisotropic wet etching, forming a desired thickness of the substrate film portion thicker than a thickness of the beam portion, the thickness of the substrate film unit after removing the protective film through Forming a thermal oxide film by thermally oxidizing the entire surface of the silicon substrate until a desired value is obtained, and forming a gap other than the beam portion between the support portion and the weight portion in the thermal oxide film; Window opening for opening Forming a void, leaving a part of the thermal oxide film by etching the silicon substrate through the thermal oxide film, and etching and removing the thermal oxide film with hydrofluoric acid or the like. A method for manufacturing a semiconductor sensor, comprising:
れる逆導電型のシリコン層からなる半導体基板を加工し
て厚肉の支持部および前記支持部につながる薄肉の梁部
を形成し、前記梁部の歪みを利用して加速度や圧力を検
知する半導体センサの製造方法において、前記一導電型
シリコン基板に前記梁部の厚さよりも厚い逆導電型シリ
コン層を形成する工程と、前記一導電型シリコン基板に
前記支持部および前記梁部を形成するためのマスクとな
る保護膜を形成する工程と、前記保護膜を通して前記一
導電型シリコン基板を異方性ウェットエッチングし、前
記梁部の厚さよりも厚い所望の厚さの基板薄膜部を形成
する工程と、前記保護膜を除去してから前記基板薄膜部
の厚さが所望の値になるまで前記逆導電型シリコン層を
熱酸化して全面に熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸
化膜を弗酸等でエッチング除去する工程とを含むことを
特徴とする半導体センサの製造方法。3. A semiconductor substrate comprising a silicon substrate of one conductivity type and a silicon layer of the opposite conductivity type formed thereon is processed to form a thick support portion and a thin beam portion connected to the support portion. the method of manufacturing a semiconductor sensor for detecting acceleration or pressure by using a strain of the beam portion, and forming a reverse conductivity type silicon layer has thickness smaller than the thickness of the front Kihari portion to said one conductivity type silicon substrate, forming a protective film to be a mask for forming the supporting portion and the beam portion to the one conductivity type silicon substrate, said one conductivity type silicon substrate by anisotropic wet etching through said protective layer, the beam Forming a substrate thin film portion having a desired thickness larger than the thickness of the portion, and removing the protective film, and then heating the reverse conductivity type silicon layer until the thickness of the substrate thin film portion reaches a desired value. Oxidizes and heats the entire surface A method for manufacturing a semiconductor sensor, comprising: a step of forming an oxide film; and a step of etching and removing the thermal oxide film with hydrofluoric acid or the like.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP13396395A JP2825071B2 (en) | 1995-05-31 | 1995-05-31 | Manufacturing method of semiconductor sensor |
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---|---|
JPH08330603A JPH08330603A (en) | 1996-12-13 |
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---|---|---|---|---|
JP4816278B2 (en) * | 2006-06-15 | 2011-11-16 | 富士電機株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1995
- 1995-05-31 JP JP13396395A patent/JP2825071B2/en not_active Expired - Lifetime
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