JP3021709B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、さらに詳しくは、重り部とそれを支える梁部と
を一体化形成した半導体構造による半導体加速度センサ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体,例えば、シリコンを素材に用い
て構成される半導体加速度センサにおいては、エッチン
グによって部分的かつ選択的に他の領域部分よりも薄く
されたシリコン層を形成し、この薄いシリコン層を梁部
として利用することにより、重り部とそれを支える梁部
とを一体化した半導体構造を容易に製造し得るもので、
この種の半導体加速度センサの場合には、当該梁部とな
る薄いシリコン層の厚さを精度よく制御して形成するこ
と,およびこの梁部で支えられる重り部の形状を同様に
精度よく制御して形成することがそれぞれ重要になる。
【0003】ここで、このような梁部と重り部との形成
のためには、従来、シリコン素材の重り部と周辺の支持
部に対応する部分を窒化シリコン膜あるいは酸化シリコ
ン絶縁膜によってマスキングした後、水酸化カリウム,
エチレンジアミン,ヒドラジンなどの異方性エッチング
液を用いて、該当部分以外のシリコン部分を選択的にエ
ッチングする手段が採用されており、この方法を用いれ
ば、特に、梁部におけるシリコン層の厚さ制御を電気化
学的なエッチングストップによって行い得るのである。
【0004】例えば、 B.Kloeck 他による文献,『トラ
ンスデューサ』'87 予稿集(Conference Proceedings of
Transducers '87), pp.116-119, June 1987, Tokyo JA
PANには、半導体圧力センサのシリコンダイアフラムの
形成において、p型シリコン基板の表面にn型シリコン
層を設け、エッチング液によるエッチング処理時に、p
型シリコン基板にはエッチングされる電圧を、また、n
型シリコン層にはエッチングがストップされる電圧をエ
ッチング液に対して加え、これによって所要厚さに制御
されたシリコン層を形成し得ることが報告されている。
【0005】一般に、半導体圧力センサは、周辺部に厚
いシリコン層をもつ薄いシリコンダイアフラムによって
形成され、当該ダイアフラムの形状は、(100)面を
主面とするシリコン素材を用い、(111)面と等価な
面を異方性エッチングでの側面のエッチングストップ面
とすることにより、精度の高い厚さ制御に併せて、2次
元的形状についても精度よく制御し得るのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たように半導体加速度センサにおいては、重り部の形状
についても精度よく形成する必要があり、この半導体加
速度センサの製造に、前記従来における半導体圧力セン
サの製造方法を適用して、重り部の側面に (111)
面と等価な面を使用した場合,その稜角部分では、エッ
チングがストップせずに当該重り部が小さくなったり、
ウエハー内部でも重り部の大きさにバラツキを生ずると
いう問題点があった。本発明は、このような従来の問題
点を解消するためになされたもので、その目的とすると
ころは、梁部の形状と共に、重り部の形状も精度よく制
御できる加速度センサ用の半導体装置の製造方法を提供
することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】n型シリコン層を有する
p型シリコン基板を用い、梁部の中央部に重り部をもつ
両持ち梁形式、もしくは梁部の端部に重り部をもつ片持
ち梁形式による半導体装置の製造方法であって、少なく
とも(100)面を主面にもつ前記p型シリコン基板の
から、(111)面と等価な面が側面に現われる異方
性エッチングを前記n型シリコン層との界面が現われる
まで行い、当該半導体基板に半導体ダイアフラム部を選
択的に2箇所以上形成する工程と、前記エッチング面を
含む側の半導体基板面に耐エッチング保護膜を形成する
工程と、前記半導体基板の前記保護膜を形成した面とは
反対側から(111)面と等価な面が側面に現われる異
方性エッチング、または当該異方性エッチングと等方性
エッチングとの組み合わせを行い、ダイアフラム間のシ
リコン領域を所要の梁部および重り部に該当する半導体
領域部分を残して選択的に除去する工程と、前記耐エッ
チング保護膜を除去する工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法である。
【0008】
【作用】本発明によれば、梁部の中央部に重り部をもつ
両持ち梁形式,もしくは、梁部の端部に重り部をもつ片
持ち梁形式による半導体装置の製造方法において、(1
00)面を主面にもつ半導体基板に対するエッチング成
形に際し、電気化学的なエッチングストップ技術の採用
が可能になり、裏面側からの(111)面と等価な面が
側面に現われる異方性エッチングによっては、梁部該当
の半導体ダイアフラム部の厚さを精度よく制御して形成
でき、また、表面側からの同様な異方性エッチングによ
っては、当該裏面が耐エッチング保護膜によって保護さ
れているために、重り部の形状がこれらの表面側および
裏面側からの各 (111)面と等価な面によって決定
され、このために梁部の形状と、重り部の形状との双方
を高精度で形成できるもので、結果的に特性の揃った所
期通りの半導体装置が得られる。
【0009】
【実施例】以下、この発明に係る半導体装置の製造方法
の一実施例につき、図1ないし図17を参照して詳細に
説明する。これらの図1ないし図17は、この発明の一
実施例を適用した半導体装置の製造方法、ここでは半導
体加速度センサの製造方法の主要な工程を順次模式的に
示す表面もしくは裏面の平面図、ならびに該当各部の断
面図である。なお、これらの実施例各図では、理解を容
易にするために、梁部の該当部分に形成される拡散抵
抗,電極などを省略してある。
【0010】これらの実施例各図において、1は(10
0)面を主面にもつ厚さ500μm程度のp型シリコン
基板、2はp型シリコン基板1上にエピタキシャル成長
させた厚さ10μm程度のn型シリコン層を示し、ま
た、3,4および5は前記n型シリコン層2上、ここで
は表面上に順次に形成された第1の酸化シリコン膜、窒
化シリコン膜、および第2の酸化シリコン膜であり、6
は前記p型シリコン基板1上、ここでは裏面上に形成さ
れた第3の酸化シリコン膜である。
【0011】まず、第1の工程においては、図1および
図1のA−A´線断面の図2に示されているように、
(100)面を主面にもつp型シリコン基板1と当該基
板上のn型シリコン層2とによるシリコンウエハーを用
い、表面側にあって、第1の酸化シリコン膜3、窒化シ
リコン膜4および第2の酸化シリコン膜5を順次に形成
し、かつ裏面側にあって、第3の酸化シリコン膜6を形
成すると共に、当該第3の酸化シリコン膜6について
は、ダイアフラムのエッチングマスクとして用いるため
に、該当部分が選択的に除去されて開口部6aにされて
いる。
【0012】次いで、第2の工程においては、前記p型
シリコン基板1とn型シリコン層2とに対して、ポテン
ショスタットと参照電極,およびプラチナ対極とによ
り、それぞれにエッチングがストップする電位,および
エッチングがストップしない電位を印加し、例えば、ヒ
ドラジン水和物をエッチング液に用い、かつ前記第3の
酸化シリコン膜6をマスクにして当該p型シリコン基板
1を異方性エッチングすることで、図3および図3のB
−B´線断面の図4に示されているように、主としてn
型シリコン層2からなる2箇所のシリコンダイアフラム
部2aが形成される。ここで、この種のn型シリコン層
2によるシリコンダイアフラム部2aの形成手段は、電
気化学的なエッチングストップ技術として、既に、応用
物理学会(諏訪園 忍,山田 恵三,栗山 敏秀による
「4極法エッチストップによるシリコンダイアフラム形
成」.第49回応用物理学会学術講演会講演予稿集,621
頁. 1990年)などに報告されており、この技術において
は、p型のシリコン層を(100)面からエッチング
し、(111)面と等価な面を側面のエッチングストッ
プ面とすることにより、ダイアフラムの平面形状および
厚さを精度よく制御し得るのである。
【0013】次に、第3の工程においては、前記n型シ
リコン層2によるシリコンダイアフラム部の形成後、図
5および図5のC−C´線断面の図6,図5のD−D´
線断面の図7に示されているように、前記p型シリコン
基板1のエッチングされた面に第4の酸化シリコン膜7
を形成し、かつ前記第1の酸化シリコン膜3、窒化シリ
コン膜4および第2の酸化シリコン膜5を通して、その
該当部分を選択的にエッチング除去することにより、開
口部3aを形成する。
【0014】続いて、第4の工程においては、前記と同
様に、例えばヒドラジン水和物をエッチング液に用い、
かつ残された第1の酸化シリコン膜3、窒化シリコン膜
4および第2の酸化シリコン膜5をマスクにして前記n
型シリコン層2とp型シリコン基板1を異方性エッチン
グすることで、図8、図8のE−E´線断面の図9、図
8のF−F´線断面の図10、図8のG−G´線断面の
図11および図8のH−H´線断面の図12に示されて
いるように、前記2箇所の各シリコンダイアフラム部2
a間でのシリコン領域につき、所要の梁部、つまりここ
では当該2箇所の各シリコンダイアフラム部2aと、重
り部、ここでは当該2箇所の各シリコンダイアフラム部
2a間のp型シリコン基板1の部分に該当する重り部1
aとを残して除去する。このエッチングに際しても、
(111)面と等価な面を側面のエッチングストップ面
とすることにより、形成される各部の平面形状および厚
さを精度よく制御できる。そして、この場合、裏面側か
らのエッチング面と重り部1aの部分で重なるようにし
て、表面側から(111)面と等価な面が側面に現われ
るまで異方性エッチングを行えば、裏面側での第3,第
4の各酸化シリコン膜6,7を残して梁部該当の各シリ
コンダイアフラム部2aと重り部1aとを形成できる。
また、裏面側からのエッチング面と表面側からのエッチ
ング面とが重り部1aの部分で僅かに重ならないように
すれば、当該部分に薄いシリコン層が残されることにな
るが、このときには、等方性エッチングを組み合わせる
ことで、その薄いシリコン層をも除去し得る。
【0015】さらに、第5の工程においては、前記第
2、第3、第4の各酸化シリコン膜5、6、7を弗酸な
どによってエッチング除去することにより、ここでは、
図13、図13のI−I´線断面の図14、図13のJ
−J´線断面の図15、図13のK−K´線断面の図1
6および図13のL−L´線断面の図17に示されてい
るように、連続した梁部としての所定の厚さのシリコン
ダイアフラム部2aの中央部にあって、所定形状による
重り部1aを支えた所期の半導体加速度センサ、すなわ
ち、この場合には、中央部に重り部をもつ両持ち梁形式
による構造の半導体加速度センサを容易に製造し得るの
である。
【0016】なお、上記実施例方法においては、異方性
エッチング液として、ヒドラジン水和物を用たが、適当
なエッチング保護膜、例えば、窒化シリコン層、耐腐食
性金属層などと組み合わせることによって、水酸化カリ
ウム、エチレンジアミンなどをも用い得るものであり、
また、この実施例方法では、両持ち梁形式の半導体加速
度センサを製造する場合について述べたが、当該両持ち
梁の片方の梁部をエッチング除去すれば、片持ち梁形式
の半導体加速度センサを製造することも可能である。
【0017】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明に係る半
導体装置の製造方法によれば、裏面側からの(111)
面と等価な面が側面に現れる異方性エッチングにおいて
は、電気化学的なエッチングストップ技術を採用したた
め、梁部該当の半導体ダイアフラム部の厚さ並びに重り
部の形状を精度良く制御して形成でき、一方、表面側か
らの同様な異方性エッチングにおいては、当該裏面が耐
エッチング保護膜によって保護されているため、既に
(111)面と等価な面により決定された重り部の形状
は何ら変わることなく、ここでの梁部の厚さ及び形状
と、重り部の形状との双方が高精度で形成され、結果的
に特性の揃った加速度センサ用半導体装置を製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例方法による第1の工程で得ら
れる半導体ウエハーの裏面側からの平面図である。
【図2】図1での A−A´線による断面図である。
【図3】本発明の一実施例方法による第2の工程で得ら
れるダイアフラム部形成後の半導体ウエハーの裏面側か
らの平面図である。
【図4】図3での B−B´線による断面図である。
【図5】本発明の一実施例方法による第3の工程で得ら
れる表面側からの異方性エッチング前の半導体ウエハー
の表面側からの平面図である。
【図6】図5での C−C´線による断面図である。
【図7】図5での D−D´線による断面図である。
【図8】本発明の一実施例方法による第4の工程で得ら
れる表面側からの異方性エッチング後の半導体ウエハー
の裏面側からの平面図である。
【図9】図8での E−E´線による断面図である。
【図10】図8での F−F´線による断面図である。
【図11】図8での G−G´線による断面図である。
【図12】図8での H−H´線による断面図である。
【図13】本発明の一実施例方法による第5の工程で得
られる完成された半導体ウエハー(半導体加速度セン
サ)の表面側からの平面図である。
【図14】図13での I−I´線による断面図であ
る。
【図15】図13での J−J´線による断面図であ
る。
【図16】図13での K−K´線による断面図であ
る。
【図17】図13での L−L´線による断面図であ
る。
【符号の説明】
1 p型シリコン基板 1a 重り部 2 n型シリコン層 2a シリコンダイア
フラム部(梁部) 3 第1の酸化シリコン膜 3a,4a,5a,6
a 開口部 4 窒化シリコン膜 5 第2の酸化シリコ
ン膜 6 第3の酸化シリコン膜 7 第4の酸化シリコ
ン膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n型シリコン層を有するp型シリコン基板
    を用い、梁部の中央部に重り部をもつ両持ち梁形式、も
    しくは梁部の端部に重り部をもつ片持ち梁形式による半
    導体装置の製造方法であって、少なくとも(100)面
    を主面にもつ前記p型シリコン基板の側から、(11
    1)面と等価な面が側面に現われる異方性エッチングを
    前記n型シリコン層との界面が現われるまで行い、当該
    半導体基板に半導体ダイアフラム部を選択的に2箇所以
    上形成する工程と、前記エッチング面を含む側の半導体
    基板面に耐エッチング保護膜を形成する工程と、前記半
    導体基板の前記保護膜を形成した面とは反対側から(1
    11)面と等価な面が側面に現われる異方性エッチン
    グ、または当該異方性エッチングと等方性エッチングと
    の組み合わせを行い、ダイアフラム間のシリコン領域を
    所要の梁部および重り部に該当する半導体領域部分を残
    して選択的に除去する工程と、前記耐エッチング保護膜
    を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
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