JP3132865B2 - ダイアフラムを有する素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線センサ、圧力セ
ンサ、加速度センサなどのダイアフラムを有する素子の
構造、およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例におけるダイアフラムを有する素
子の製造方法を、図５を用いて説明する。図５（ａ）
は、ダイアフラムを有する素子の構造を示す平面図であ
り、図５（ｂ）は、図５（ａ）の断面図である。

【０００３】基板１としてシリコンウェーハの（１０
０）面配向基板を用い、この基板１のおもて面に、おも
て面絶縁膜４として、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜
などをプラズマＣＶＤ（化学気相成長）法によって形成
する。

【０００４】また、基板１の裏面には、裏面マスク用膜
５として、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などを、お
もて面絶縁膜４と同様な方法により形成する。その後、
裏面マスク用膜５には、フォトエッチング技術を用い
て、後工程で形成するピット部６の形状に対応するよう
に開口を形成する。

【０００５】その後、基板１をヒドラジン、水酸化カリ
ウム水溶液などのアルカリ溶液を用いて、裏面からおも
て面絶縁膜４までエッチングし、ピット部６を形成す
る。ピット部６のおもて面絶縁膜４のみが残っている領
域、すなわちダイアフラム７を形成する。このとき、基
板１は、シリコンの（１００）面と（１１１）面との間
にエッチング速度の違いがあるために、図５（ｂ）に示
すように、約５４．７°の角度を保って異方性エッチン
グされる。

【０００６】また、おもて面絶縁膜４上には、図示しな
いが、例えば赤外線センサの場合には熱電対など、圧力
センサや加速度センサなどの場合にはピエゾ抵抗素子な
どの薄膜機能素子や電極などを所定の形状に形成する。

【０００７】この熱電対や薄膜機能素子や電極などを形
成する工程は、特に規定しないが、おもて面絶縁膜４を
形成した後であればいつでも構わない。ただし、通常の
フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを用いて
前述の熱電対や薄膜機能素子や電極などを形成するので
あれば、ダイアフラム７を形成する前の方が容易であ
る。

【０００８】上記のようにして、赤外線センサ、圧力セ
ンサ、加速度センサなどのダイアフラムを有する素子を
得る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５を
用いて説明したような方法によると、図５（ｂ）に示す
ように、シリコンの基板１のエッチング残りである、ピ
ラミッド状の形状を有する残り部８が、おもて面絶縁膜
４上や基板１とおもて面絶縁膜４との境界領域に多数残
存してしまう。

【００１０】この残り部８が発生する現象は、シリコン
の（１００）面の異方性エッチングのときに良く生じ
る。この残り部８は、シリコンウェーハ内の結晶欠陥や
不純物などの存在に起因して発生するため、シリコンの
異方性エッチングのとき、全く残り部８を生じさせない
ようにするのは困難である。

【００１１】ダイアフラムを有する素子にこの残り部８
が存在すると、たとえばサーモパイル型の赤外線センサ
の場合には、ダイアフラム７の熱容量が増え、このため
に、赤外線センサの感度が低下してしまう。また、残り
部８が基板１とつながってしまうような場合には、ダイ
アフラム７から基板１へ熱が逃げてしまい、赤外センサ
の感度が低下する。さらには、圧力センサや加速度セン
サの場合には、残存する残り部８は、ダイアフラム７の
反りなどの原因となり、このダイアフラム７にゆがみを
生じさせ、圧力センサや加速度センサの測定精度を低下
させるという問題がある。

【００１２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
して、ダイアフラムに残り部を生じさせずに、赤外線セ
ンサ、圧力センサ、加速度センサなどの測定精度を向上
させるようなダイアフラムを有する素子の構造と、その
製造方法とを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では以下に記載するダイアフラムを有する素
子の構造とその製造方法とを用いる。

【００１４】すなわち本発明のダイアフラムを有する素
子の構造は、基板をエッチングして形成したピット部の
ダイアフラムと、このダイアフラムとなるおもて面絶縁
膜と基板との間に設ける犠牲層とを備えることを特徴と
する。

【００１５】本発明のダイアフラムを有する素子の構造
は、基板と、この基板をエッチングして形成したピット
部のダイアフラムとを備え、ダイアフラムは段差を有す
ることを特徴とする。

【００１６】本発明のダイアフラムを有する素子の製造
方法は、基板上に犠牲層を形成し、おもて面絶縁膜と裏
面マスク用膜とを形成する工程と、フォトエッチング技
術によりピット部に対応する開口を裏面マスク用膜に形
成する工程と、裏面マスク用膜をエッチングマスクとし
て基板をエッチングしてピット部を形成する工程とを有
することを特徴とする。

【００１７】本発明のダイアフラムを有する素子の製造
方法は、基板のおもて面に犠牲層を形成し、フォトエッ
チング技術によりピット部に対応する形状にこの犠牲層
をパターニングする工程と、基板のおもて面におもて面
絶縁膜と裏面マスク用膜とを形成する工程と、フォトエ
ッチング技術によりピット部に対応する開口を裏面マス
ク用膜に形成する工程と、裏面マスク用膜をエッチング
マスクとして基板をエッチングしてピット部を形成する
工程とを有することを特徴とする。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を、図１、図２、図３、およ
び図４を用いて説明する。図１は本発明によるダイアフ
ラムを有する素子の構造を示す図面であり、図１（ａ）
は平面図であり、図１（ｂ）は断面図である。図３は、
図１に示す構造のダイアフラムを有する素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。また、図２は本発明によ
るダイアフラムを有する素子における、他の実施例を示
す図面であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）
は断面図である。図４は、図２に示す構造のダイアフラ
ムを有する素子の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。

【００１９】はじめに図１および図３を用いて、本発明
におけるダイアフラムを有する素子の第１の実施例を説
明する。

【００２０】まず図１を用いて、本発明におけるダイア
フラムを有する素子の構造を説明する。図１（ａ）は、
本発明によるダイアフラムを有する素子の構造を示す平
面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の断面図であ
る。

【００２１】基板１上に犠牲層２を設け、この犠牲層２
上におもて面絶縁膜４を形成する。基板１の裏側には裏
面マスク用膜５を設け、この裏面マスク用膜５の開口パ
ターンに合わせて、基板１および犠牲層２をエッチング
して形成したピット部６を設ける。このピット部６にお
いては、おもて面絶縁膜４のみが残り、ダイアフラム７
となる。

【００２２】この図１に示す構造のダイアフラムを有す
る素子を、各種センサーなどに応用する場合には、たと
えば、赤外線センサの場合には、熱電対やサーミスタな
どの薄膜機能素子を、図示しないが、おもて面絶縁膜４
の上の所定の領域に配置すれば良い。また、同じように
図示しないが、図１に示すダイアフラムを有する素子を
圧力センサや加速度センサなどに応用する場合には、圧
電素子やピエゾ抵抗素子などの薄膜機能素子を、おもて
面絶縁膜４上に配置すれば良い。

【００２３】この図１に示す構造のダイアフラムを有す
る素子の製造方法を、図３を用いて説明する。図３
（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す構造のダイアフラムを有
する素子の製造方法を工程順に示す断面図である。

【００２４】まず図３（ａ）に示すように、両面を鏡面
研磨した（１００）面配向したシリコンウェーハからな
る基板１のおもて面に、犠牲層２として、化学量論比よ
り若干酸素量の少ない酸化シリコン膜を、電子ビーム法
やプラズマＣＶＤ法などにより膜厚２００ｎｍ程度形成
する。この犠牲層２は、後に述べるシリコン基板１の裏
面エッチングのエッチング液に溶解するように、酸化の
度合いを制御する。

【００２５】この犠牲層２として、化学量論比より酸素
量の少ない酸化シリコン膜以外に、やはり同様に化学量
論比より酸素量の少ない酸化アルミニウム膜や、化学量
論比より窒素量の少ない窒化シリコン膜などを用いるこ
とができる。

【００２６】その後、この犠牲層２の上に、おもて面絶
縁膜４として、窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法によ
り、膜厚１０００ｎｍから４０００ｎｍ程度形成する。

【００２７】次に図３（ｂ）に示すように、基板１の裏
面に、裏面マスク用膜５として、窒化シリコン膜などを
プラズマＣＶＤ法により、膜厚１００ｎｍから４０００
ｎｍ程度形成する。この裏面マスク用膜５は、おもて面
絶縁膜４の形成と同時に形成しても良い。

【００２８】その後、この裏面マスク用膜５を、後に形
成するピット部の形状に合わせて、通常のフォトエッチ
ング技術を用いてパターニングする。

【００２９】すなわち、裏面マスク用膜５上に感光性樹
脂（図示せず）を回転塗布法により形成し、所定のフォ
トマスクを用いて露光し、現像処理を行い、感光性樹脂
をパターニングする。その後、このパターニングした感
光性樹脂をエッチングマスクとして、裏面マスク用膜５
をエッチングする。この結果、ピット部の形状に対応し
た開口を裏面マスク用膜５に形成する。このとき、裏面
マスク用膜５のエッチャントとしては、フッ酸、あるい
はフッ酸と硝酸との混合水溶液などを用いると良い。

【００３０】図３（ａ）、あるいは図３（ｂ）を用いて
説明した工程終了後、すなわち、おもて面絶縁膜４形成
後、あるいは裏面マスク用膜５に開口を形成後に、図示
しないが、おもて面絶縁膜４上に、各種センサの薄膜機
能部品などを形成する。

【００３１】たとえば、赤外線センサであれば熱電対や
サーミスタなどを形成し、圧力センサや加速度センサな
どであれば圧電素子やピエゾ抵抗素子などの薄膜機能部
品を形成する。

【００３２】この熱電対やサーミスタや圧電素子やピエ
ゾ抵抗素子などは、通常の薄膜形成技術と、フォトエッ
チング技術とを用いて形成する。

【００３３】その後、図３（ｃ）に示すように、裏面マ
スク用膜５の開口パターンに合わせて、裏面マスク用膜
５開口内の基板１を裏面からエッチングする。基板１の
エッチング溶液としては、ヒドラジン水溶液や水酸化カ
リウム水溶液などの強アルカリ溶液を、８０℃程度に加
熱したものを使用するとよい。このようなエッチング溶
液を用いると、シリコンの（１００）面は、約５４．７
°の角度を保ちながら異方性エッチングできる。

【００３４】このように基板１の裏面からエッチングを
進め、基板１と犠牲層２とを同時にエッチングして、ピ
ット部６を形成する。

【００３５】このとき、犠牲層２として、化学量論比よ
り酸素量が少ない酸化シリコンや酸化アルミニウムなど
や、化学量論比より窒素量がかなり少ない窒化シリコン
などを用いると、犠牲層２も強アルカリ溶液であるエッ
チャントに溶解する。このため、基板１に、図５に示す
ようなエッチング残りである残り部８が生じても、犠牲
層２とともに、これらの残り部８は除去できる。

【００３６】ここで、犠牲層２は、若干オーバーエッチ
ングされてもよいし、犠牲層２が若干残っていても構わ
ない。いずれにしても、犠牲層２のエッチングの進行が
ある程度に達すれば、ピット部６では基板１がまったく
なくなり、良好なダイアフラム７が形成できる。

【００３７】このようにして作成した、本発明によるダ
イアフラムを有する素子ならば、ダイアフラム７の基板
１側の面に、基板１のエッチング残りである残り部が全
く生じない。このために、赤外線センサや圧力センサや
加速度センサなどの各種センサの測定精度を上げること
が可能となる。

【００３８】つぎに、本発明における第２の実施例を、
図２および図４を用いて説明する。図２は、本発明の第
２の実施例におけるダイアフラムを有する素子の構造を
示す図面であり、図４は、本発明の第２の実施例におけ
るダイアフラムを有する素子の製造方法を工程順に示す
断面図である。

【００３９】まず、図２を用いて、本発明によるダイア
フラムを有する素子の構造を説明する。図２（ａ）は、
本発明によるダイアフラムを有する素子の構造を示す平
面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の断面図であ
る。

【００４０】基板１として、シリコンウェーハからなる
（１００）面配向基板１を用いる。図示しないが、この
基板１に犠牲層を形成し、この犠牲層をピット部の形状
にあわせてパターニングし、この犠牲層上におもて面絶
縁膜４を設ける。

【００４１】基板１の裏面には、裏面マスク用膜５を形
成し、この裏面マスク用膜５をパターニングしたのち
に、基板１の裏面から基板１および犠牲層をエッチング
して、ピット部６を形成する。ピット部６では、おもて
面絶縁膜４のみが残り、ダイアフラム７となる。すなわ
ち、本発明の第２の実施例におけるダイアフラムを有す
る素子の構造は、ダイアフラム７にパターニングした犠
牲層に対応する段差を備える。

【００４２】つぎに、この図２に示すダイアフラムを有
する素子の製造方法を、図４を用いて説明する。図４
（ａ）〜（ｄ）は、図２に示すダイアフラムを有する素
子の製造方法を工程順に示す断面図である。

【００４３】まず、図４（ａ）に示すように、基板１の
おもて面に犠牲層３として、アルミニウムや亜鉛などの
アルカリ溶液に可溶な金属や、非晶質シリコン膜を真空
蒸着法により、約２００ｎｍ程度の膜厚で形成する。そ
の後、後工程で形成するピット部の形状にあわせて、フ
ォトエッチング技術を用いて犠牲層３をパターニングす
る。

【００４４】続いて、図４（ｂ）に示すように、基板１
のおもて面におもて面絶縁膜４として、窒化シリコン膜
をプラズマＣＶＤ法により、１０００ｎｍから４０００
ｎｍ程度の膜厚で形成する。

【００４５】つぎに、図４（ｃ）に示すように、基板１
の裏面に裏面マスク用膜５として、窒化シリコン膜をプ
ラズマＣＶＤ法により、膜厚１００ｎｍから４０００ｎ
ｍ程度形成する。この裏面マスク用膜５は、おもて面絶
縁膜４の形成と同時に形成しても良い。

【００４６】その後、この裏面マスク用膜５を、後工程
で形成するピット部の形状に合わせて、通常のフォトエ
ッチング技術を用いてパターニングし、ピット部に対応
する開口を裏面マスク用膜５に形成する。このとき、裏
面マスク用膜５のエッチャントとしては、フッ酸、ある
いはフッ酸と硝酸との混合水溶液を用いると良い。

【００４７】図４（ｂ）、あるいは図４（ｃ）を用いて
説明した工程終了後、すなわち、おもて面絶縁膜４形成
後、あるいは裏面マスク用膜５に開口を形成後に、図示
しないが、おもて面絶縁膜４上に、各種センサの薄膜機
能部品などを形成する。たとえば、赤外線センサならば
熱電対やサーミスタなど、圧力センサや加速度センサな
どであれば圧電素子やピエゾ抵抗素子などの薄膜機能部
品を、通常の薄膜形成技術とフォトエッチング技術とを
用いて形成する。

【００４８】その後、図４（ｄ）に示すように、裏面マ
スク用膜５のパターンに合わせて、基板１を裏面からエ
ッチングする。基板１のエッチング溶液としては、ヒド
ラジン水溶液や水酸化カリウム水溶液などの強アルカリ
溶液を、８０℃程度の温度に加熱したものを使用すると
よい。

【００４９】このようなエッチング溶液を用いると、基
板１のシリコンの（１００）面は、約５４．７°の角度
を保ちながら異方性エッチングできる。

【００５０】このように基板１の裏面からエッチングを
進め、基板１と犠牲層３とを同時にエッチングし、ピッ
ト部６を形成する。このとき、ピット部６では、基板１
および犠牲層３は、ともにエッチング液に溶解して、お
もて面絶縁膜４のみが残り、ダイアフラム７を形成す
る。すなわち図５に示す、基板１のエッチング残りであ
る残り部８は、犠牲層３とともに除去できる。

【００５１】すなわち、本発明の第２の実施例における
ダイアフラムを有する素子においては、おもて面絶縁膜
４からなるダイアフラム７に、エッチング除去した犠牲
層３に対応する段差を備える。

【００５２】このように、犠牲層３として基板１のエッ
チング溶液であるアルカリ溶液に可溶な物質を用いれ
ば、ピット部６では基板１がまったくなくなり、良好な
ダイアフラム７が形成できる。

【００５３】

【発明の効果】上記の説明のように、本発明によるダイ
アフラムを有する素子の構造、およびその製造方法を用
いれば、ダイアフラム領域での基板のエッチング残りで
ある残り部を全く生じさせずに、ダイアフラムを有する
素子を作成することが可能となる。したがって、このダ
イアフラムを有する素子を用いれば、測定精度が高精度
の赤外線センサ、圧力センサあるいは加速度センサなど
の各種センサを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるダイアフラムを
有する素子の構造を示す図面である。

【図２】本発明の第２の実施例におけるダイアフラムを
有する素子の構造を示す図面である。

【図３】本発明の第１の実施例におけるダイアフラムを
有する素子の製造方法を工程順に示す断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例におけるダイアフラムを
有する素子の製造方法を工程順に示す断面図である。

【図５】従来のダイアフラムを有する素子の構造を示す
図面である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 犠牲層 ３ 犠牲層 ４ おもて面絶縁膜 ５ 裏面マスク用膜 ６ ピット部 ７ ダイアフラム

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板をエッチングして形成したピット部
   のダイアフラムと、その ダイアフラムとなるおもて面絶縁膜と上記基板との
   間に設ける化学量論比より酸素量の少ない酸化シリコン
   膜、または化学量論比より窒素量の少ない窒化シリコン
   膜からなる犠牲層とを備えることを特徴とするダイアフ
   ラムを有する素子。
2. 【請求項２】 シリコン基板上に化学量論比より酸素量
   の少ない酸化シリコン膜、または化学量論比より窒素量
   の少ない窒化シリコン膜からなる犠牲層を形成する工程
   と、 お もて面絶縁膜と裏面マスク用膜とを形成する工程と、 フォトエッチング技術によりピット部に対応する開口を
   上記裏面マスク用膜に形成する工程と、上記 裏面マスク用膜をエッチングマスクとして上記基板
   と上記犠牲層をアルカリ性エッチング液で連続的にエッ
   チングしてピット部を形成する工程とを有することを特
   徴とするダイアフラムを有する素子の製造方法。