JP3570218B2 - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤフラムに受ける圧力を、圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基づいて電気的に検出するようにした絶対圧検出形式の半導体圧力センサの製造方法、特には、貼り合わせ技術を用いて半導体圧力センサを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体圧力センサの製造方法としては、例えば特開平８−２３６７８８号公報に記載されたものがある。この製造方法では、まず、ダイヤフラム用の凹部が形成された第１半導体基板と、表面に絶縁膜が形成された第２半導体基板とを用意して、それらを凹部形成面側及び絶縁膜面側で貼り合わせることによって、上記凹部を気密に閉鎖して成る圧力基準室を形成する貼り合わせ工程を実行する。そして、この後に、第１半導体基板を上記凹部形成面と反対側の面から所定位置（実際には、上記凹部より深い位置まで予め形成されている研磨ストッパ用の第２凹部の底面相当位置）まで研磨する工程を実行することによって、ダイヤフラムの厚さ寸法を制御する構成としている。尚、上記圧力基準室は、センサ出力の温度特性を向上させるために、真空状態（減圧状態を含む概念である）とするのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体基板同士を貼り合わせる技術としては、両基板の表面に親水化処理を施した状態で貼り合わせるという直接接合法が一般的となっている。ところが、このような直接接合法では、基板の貼り合わせ面に親水化処理が施されて過剰な水分子が存在することになり、従って、貼り合わせ工程の実行に伴い圧力基準室内に水分子が封じ込められた状態となる。このため、半導体圧力センサが温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合には、上記のように封じ込まれた水分子の影響によって圧力基準室内の圧力が変動して、圧力の検出感度が不安定になるという問題点が出てくる。
【０００４】
一方、前述のように凹部を備えた半導体基板をその凹部形成面と反対側の面から研磨するという研磨工程を行うことによりダイヤフラムの厚さ寸法を制御する製造方法では、圧力基準室が真空状態にある関係上、研磨中に圧力基準室形成用の凹部が存在する部分で研磨圧に起因した撓みが発生しやすくなる。このため、ダイヤフラム厚が薄くなる場合ほど、ダイヤフラム部分の厚さ寸法が不均一になる現象が出てくるものであり、その厚さ寸法を高精度に管理することが非常に困難になるという問題点がある。
以上のような各問題点が存在する結果、従来の方法で製造される半導体圧力センサでは、圧力検出精度を高めることが困難になるという事情があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力基準室内の圧力が変動する事態を未然に防止できると共に、ダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能になり、以て圧力検出精度の向上を図り得るようになる半導体圧力センサの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載した製造方法を採用できる。この製造方法によれば、第１半導体基板の凹部側の面並びに第２半導体基板の半導体層側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で実行されるのに伴い、上記凹部が密閉された状態となり、これに応じて減圧された状態の圧力基準室が形成される。このとき、上記貼り合わせ工程は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行されるから、圧力基準室の内壁などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになり、当該半導体圧力センサが温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合においても、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【０００７】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板における半導体層以外の部分を選択的に除去する選択除去工程を実行して、上記半導体層を露出させることにより、前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。これにより、ダイヤフラムに受ける圧力を、圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基づいて電気的に検出可能な構造が得られる。
【０００８】
この場合、半導体圧力センサが温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合であっても、上述のように水分子の影響により圧力基準室内の圧力が変動する事態を未然に防止できるようになり、また、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に予め設けられた半導体層の厚さ寸法に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理できる手段を採用可能になるから、総じてダイヤフラムによる圧力検出精度の向上を実現できるようになる。
【０００９】
請求項２記載の製造方法によれば、所定膜厚の酸化膜が圧力基準室内に臨んだ状態で配置されることになるから、その酸化膜により過剰な水分子を吸収できるようになる。従って、圧力基準室内に水分子が残置された状態となった場合でも、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が変動する事態を抑制できるようになり、以て圧力検出精度の向上に寄与できることになる。
【００１０】
請求項３記載の製造方法によれば、第１半導体基板の凹部側の面並びに第２半導体基板の半導体層側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で実行されるのに伴い、上記凹部が密閉された状態となり、これに応じて減圧された状態の圧力基準室が形成される。このとき、上記貼り合わせ工程は、上記各半導体基板の貼り合わせ面に負活性ガスイオンを照射する活性化処理を施した後に行われる構成となっているから、貼り合わせ面に親水化処理を施した後に貼り合わせを行う場合のように、圧力基準室内に水分子が残置される恐れがなくなり、半導体圧力センサが実際に使用される場合において、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【００１１】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板における半導体層以外の部分を選択的に除去する選択除去工程を実行して、上記半導体層を露出させることにより、前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。これにより、ダイヤフラムに受ける圧力を、圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基づいて電気的に検出可能な構造が得られる。
【００１２】
この場合、上述のように半導体圧力センサが実際に使用される場合において水分子の影響により圧力基準室内の圧力が変動する事態を未然に防止できるようになり、また、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に予め設けられた半導体層の厚さ寸法に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理できる手段を採用可能になるから、総じてダイヤフラムによる圧力検出精度の向上を実現できるようになる。
【００１３】
請求項４記載の製造方法によれば、選択除去工程において、ＳＯＩ基板により構成された第２半導体基板の支持基板が、絶縁分離膜をストッパとした研削、研磨或いはエッチング処理によって除去された後に、上記絶縁分離膜が選択エッチング処理によって除去されることにより、ＳＯＩ層に相当した半導体層が露出されてダイヤフラムが形成されることになる。この場合には、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層の厚さ寸法に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１４】
請求項５記載の製造方法によれば、選択除去工程において、表面側に埋込酸化膜により区分された状態の半導体層を備えた第２半導体基板に対し、裏面側から上記埋込酸化膜をストッパとした研削或いは研磨処理が施された後に、上記埋込酸化膜が選択エッチング処理によって除去されることにより、上記半導体層が露出されてダイヤフラムが形成されることになる。この場合にも、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層の厚さ寸法（埋込酸化膜の位置）に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１５】
請求項６記載の製造方法によれば、選択除去工程において、表面側から半導体層の膜厚に対応した深さに達する不純物拡散層を備えた第２半導体基板に対し、裏面側から上記不純物拡散層をストッパとしたエッチング処理が施されて当該不純物拡散層が半導体層として露出されることにより、ダイヤフラムが形成されるようになる。この場合にも、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層（不純物拡散層）の厚さ寸法に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１６】
請求項７記載の製造方法によれば、表面側から所定深さの位置に結晶欠陥形成用のイオン注入層を形成して、そのイオン注入層より浅い位置に存する領域を半導体層とした第２半導体基板を用意し、貼り合わせ工程後に行われる選択除去工程において、熱処理に応じて、第２半導体基板が前記イオン注入層による欠陥層部分で剥離されて半導体層が露出されることにより、ダイヤフラムが形成されるようになる。この場合にも、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層の厚さ寸法（イオン注入層の位置）に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１７】
請求項８記載の製造方法によれば、第１半導体基板の表面並びに第２半導体基板の凹部側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で実行されるのに伴い、上記凹部が密閉された状態となり、これに応じて減圧された状態の圧力基準室が形成される。この場合においても、上記貼り合わせ工程は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行されるから、圧力基準室の内壁などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになる。
【００１８】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板の支持基板を埋込酸化膜をストッパとした研削、研磨或いはエッチング処理によって除去すると共に、上記埋込酸化膜を選択エッチング処理によって除去する選択除去工程が実行されるのに伴い、上記半導体層が露出されて前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。この場合、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に形成される埋込酸化膜の深さ位置に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能になる。
【００１９】
請求項９記載の製造方法においても、第１半導体基板の表面並びに第２半導体基板の凹部側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中に応じて、半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行されるから、上記凹部により形成される圧力基準室の内壁などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになる。
【００２０】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板を、これに形成されたイオン注入層による欠陥層部分で剥離させる選択除去工程が実行されるのに伴い、上記イオン注入層及び埋込酸化膜間に位置した半導体層が露出されて前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。この場合、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に形成される埋込酸化膜及びイオン注入層の深さ位置に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能になる。
【００２１】
請求項１０記載の製造方法によれば、第１半導体基板の表面並びに第２半導体基板の凹部側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が、上記各半導体基板の貼り合わせ面に負活性ガスイオンを照射する活性化処理を施した後に行われる構成となっているから、貼り合わせ面に親水化処理を施した後に貼り合わせを行う場合のように、圧力基準室内に水分子が残置される恐れがなくなり、半導体圧力センサが実際に使用される場合において、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【００２２】
請求項１１記載の製造方法によれば、ダイヤフラムの厚さ寸法が、半導体層のエピタキシャル成長量に依存して決まることになるから、当該ダイヤフラムの厚さ寸法を精度良く制御できるようになって、検出感度の安定化を実現できるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照しながら説明する。
図２には、本実施例による方法で製造される半導体圧力センサの基本構造が模式的な断面図により示されている。この図２において、半導体圧力センサ１は、シリコン基板２上にシリコン酸化膜３を介して例えばＮ型の単結晶シリコン層４を形成したＳＯＩ構造を有するもので、その単結晶シリコン層４に形成されたダイヤフラム５と、このダイヤフラム５の背面側（当該ダイヤフラム５及びシリコン酸化膜３間）に減圧された状態で形成された圧力基準室６と、ダイヤフラム５上に不純物拡散により形成されたゲージ抵抗７とを備えた構成となっている。尚、図２では、電極、配線などの構成要素が省略された状態となっている。
【００２４】
図１には、上記構成の半導体圧力センサ１の製造工程が模式的な断面図により示されており、以下、これについて説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、シリコンウェハ８（本発明でいう支持基板に相当）上に、最終的に前記単結晶シリコン層４となる単結晶シリコン層９（本発明でいう半導体層に相当）が絶縁分離膜１０を介して形成されたＳＯＩ基板１１（第２半導体基板に相当）と、シリコンウェハ１２（第１半導体基板に相当）とを用意する。このシリコンウェハ１２は、最終的に前記シリコン基板２になるものであり、その上面には、前記圧力基準室６のための凹部１３が形成されていると共に、前記シリコン酸化膜３に相当するシリコン酸化膜１４が熱酸化法によって形成されている。尚、このシリコン酸化膜１４は、過剰な水分子を吸収できるように比較的厚い状態（例えば１μｍ以上）で形成される。また、上記ＳＯＩ基板１１側の単結晶シリコン層９の表面、並びにシリコンウェハ１２側のシリコン酸化膜１４の表面は鏡面化された状態となっている。
【００２５】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図１（ｂ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は周知の直接接合法で行うものであり、まず、ＳＯＩ基板１１側の単結晶シリコン層９の表面、並びにシリコンウェハ１２側のシリコン酸化膜１４の表面に親水化処理（例えば、９０〜１２０℃程度に保温された硫酸と過酸化水素水との混合溶液（Ｈ２ ＳＯ４ ：Ｈ２ Ｏ２ ＝４：１）による洗浄及び純水洗浄を順次行った後に、表面に吸着する水分量を例えばスピン乾燥により制御する処理）を施す。そして、この後に、ＳＯＩ基板１１及びシリコンウェハ１２を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせるものであり、この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、このような貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサ１の実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００２６】
このように、ＳＯＩ基板１１及びシリコンウェハ１２の貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で所定の温度を加えながら行われる結果、最終的に圧力基準室６となる凹部１３の内壁に付着・吸収されているガス（水分を含む）が外部に追い出されると共に、減圧された状態の圧力基準室６が形成されるものである。
【００２７】
上記のような貼り合わせ工程の実行後には選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、ＳＯＩ基板１１側のシリコンウェハ８を、絶縁分離膜１０をストッパとした研削、研磨或いはケミカルエッチング処理などを行うことにより除去し、図１（ｃ）に示すように、当該絶縁分離膜１０を露出させる。さらに、この後に、上記絶縁分離膜１０を、例えばフッ酸系水溶液を用いた化学エッチング或いは化学的機械研磨やドライエッチングなどの選択エッチング処理によって除去し、図１（ｄ）に示すように、単結晶シリコン層９の表面を露出させてダイヤフラム５を形成する。
【００２８】
そして、図１（ｅ）に示すように、単結晶シリコン層９における所定位置に例えばＰ型の不純物を拡散するによってゲージ抵抗７を形成する拡散工程を実行し、さらに、電極、配線などを形成する周知の工程を実行した後に、単結晶シリコン層９及びシリコンウェハ１２などの一体物をダイシングすることによって、図２に示すような半導体圧力センサ１の基本構造を完成させる。
【００２９】
上記した本実施例による製造方法によれば、ＳＯＩ基板１１とシリコンウェハ１２とを直接接合法により貼り合わせるという貼り合わせ工程を、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う構成としたから、圧力基準室６などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになる。このため、半導体圧力センサ１が温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合において、水分子の存在により圧力基準室６内の圧力が変動して検出感度が不安定になる事態を未然に防止できるようになる。
【００３０】
この場合、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサ１の実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）より高い温度に設定されているから、その半導体圧力センサ１の実使用時において圧力基準室６内の圧力を安定なものとすることができて、その検出感度が不安定になる事態を確実に防止できるようになる。しかも、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、ＳＯＩ基板１１側に予め設けられた単結晶シリコン層９の厚さ寸法に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理できる手段を採用可能になるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。
【００３１】
また、本実施例の方法で製造された半導体圧力センサ１によれば、所定膜厚（例えば１μｍ以上）のシリコン酸化膜３が圧力基準室５内に臨んだ状態で配置されることになるから、そのシリコン酸化膜３により過剰な水分子を吸収できるようになる。従って、圧力基準室５内に水分子が残置された状態となった場合でも、水分子の影響により圧力基準室５内の圧力が変動する事態を抑制できるようになって、圧力検出精度の向上に寄与できる。
【００３２】
尚、上記実施例において、選択除去工程を実行して単結晶シリコン層９の表面を露出させた後に、当該単結晶シリコン層９をエピタキシャル成長させてダイヤフラム５の厚さ寸法を制御するというエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良い。この構成によれば、ダイヤフラム５の厚さ寸法を、単結晶シリコン層９のエピタキシャル成長量により精度良く制御可能となるから、半導体圧力センサ１による検出感度の安定化を実現できるようになる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図３には本発明の第２実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハ８上に絶縁分離膜１０を介して単結晶シリコン層９を形成したＳＯＩ基板１１と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意して、真空状態の雰囲気中で貼り合わせ工程を行うことにより、図３（ｂ）に示す状態まで加工する。この場合には、ＳＯＩ基板１１の単結晶シリコン層９側の面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の面に、負活性ガスイオン例えばアルゴンイオンを照射して各表面を均一にエッチングすることにより、それらの表面全体を活性な状態とする活性化処理を施した後に、それらＳＯＩ基板１及びシリコンウェハ１２を活性化処理面で互いに貼り合わせる。尚、斯様な貼り合わせ工程は真空状態の雰囲気中で行われるものであり、これにより、凹部１３により形成される圧力基準室６内が減圧された状態とされるものである。
【００３４】
上記のような貼り合わせ工程の実行後には、前記第１実施例と同様の選択除去工程（図３（ｃ）、（ｄ）参照）、並びにゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図３（ｅ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００３５】
上記した本実施例の製造方法によれば、ＳＯＩ基板１１とシリコンウェハ１２とを貼り合わせるための貼り合わせ工程を、それらの貼り合わせ面にアルゴンイオンを照射する活性化処理を施した後に行う構成となっているから、貼り合わせ面に親水化処理を施した後に貼り合わせを行う製造方法のように、圧力基準室６内に水分子が残置される恐れがなくなり、半導体圧力センサが実際に使用される場合において、水分子の影響により圧力基準室６内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【００３６】
従って、本実施例の製造方法によっても、上記のように水分子の影響により圧力基準室６内の圧力が変動する事態を未然に防止できると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法も前記第１実施例と同様に高精度に管理できるようになるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、選択除去工程を実行して単結晶シリコン層９の表面を露出させた後に、当該単結晶シリコン層９をエピタキシャル成長させてダイヤフラム５の厚さ寸法を制御するというエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良いものである。
【００３７】
（第３の実施の形態）
図４には本発明の第３実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、表面側から所定深さの位置に埋込酸化膜１５が部分的に形成された単結晶シリコンウェハ１６（第２半導体基板に相当）と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意する。この場合、単結晶シリコンウェハ１６の表面における上記埋込酸化膜１５により区分された薄膜状の領域が、本発明でいう半導体層に相当した単結晶シリコン層１６ａとして機能するようになっている。尚、上記埋込酸化膜１５は、当該ウェハ１６に対し酸素イオンを注入した後に熱処理を施すというＳＩＭＯＸ技術により形成されるものである。
【００３８】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図４（ｂ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ１６側の単結晶シリコン層１６ａの表面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、両シリコンウェハ１２及び１６を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００３９】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ１６に対し、裏面側から埋込酸化膜１５をストッパとした研削或いは研磨処理を施し、図４（ｃ）に示すように、当該埋込酸化膜１５を露出させる。尚、この場合において、当初においてエッチング処理を施し、途中から研削或いは研磨処理に切り換えることもできる。さらに、この後に、上記埋込酸化膜１５を、例えばフッ酸系水溶液を用いた化学エッチング或いは化学的機械研磨やドライエッチングなどの選択エッチング処理によって除去する（図４（ｄ）参照）。これにより、シリコンウェハ１６は、単結晶シリコン層１６ａを残して除去されることになり、その単結晶シリコン層１６ａによってダイヤフラム５が形成されるようになる。
【００４０】
そして、選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図４（ｅ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００４１】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、単結晶シリコン層１６ａの厚さ寸法（埋込酸化膜１６の形成位置）に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としたり、シリコンウェハ１２の上面に、前記第１実施例と同様にシリコン酸化膜を形成しておく構成としても良いものである。また、貼り合わせ工程は、前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良い。
【００４２】
（第４の実施の形態）
図５には本発明の第４実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、表面側から前記第１実施例における単結晶シリコン層９の膜厚に対応した深さに達する例えばＰ型の不純物拡散層１７を形成したＮ型の単結晶シリコンウェハ１８（第２半導体基板に相当）と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意する。この場合、第１実施例と同様に、シリコンウェハ１２の上面にはシリコン酸化膜１４が熱酸化法によって形成されている。
【００４３】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図５（ｂ）に示す状態まで加工する。
この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ１８の不純物拡散層１７側の表面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、両シリコンウェハ１２及び１８を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００４４】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ１８に対し、裏面側から不純物拡散層１７をストッパとしたエッチング処理を施し、図５（ｃ）に示すように、当該不純物拡散層１７を本発明でいう半導体層として露出させてダイヤフラム５を形成する。尚、この場合のエッチング処理は、例えばＫＯＨ系のアルカリエッチング液を使用して行うことができる。
【００４５】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図５（ｄ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００４６】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、不純物拡散層１７の厚さ寸法に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ１２上にシリコン酸化膜１４を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良いものである。
【００４７】
（第５の実施の形態）
図６には本発明の第５実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、表面側から前記第１実施例における単結晶シリコン層９の膜厚に対応した深さに達する結晶欠陥形成用の水素イオン注入層１９を形成したＮ型の単結晶シリコンウェハ２０（第２半導体基板に相当）と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意する。尚、単結晶シリコンウェハ２０にあっては、水素イオン注入層１９より浅い位置に存する薄膜状の領域が、本発明でいう半導体層に相当した単結晶シリコン層２０ａとして機能するようになっている。また、第１実施例と同様に、シリコンウェハ１２の上面にはシリコン酸化膜１４が熱酸化法によって形成されている。
【００４８】
この場合、上記水素イオン注入層１９を形成するイオンとしては、水素イオン以外に、ヘリウムのような希ガスイオンなども利用できるが、水素イオンを利用する場合、そのイオン注入工程でのドーズ量は、例えば１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲、好ましくは５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲に設定する。また、イオン注入エネルギは、水素イオン注入層１９を形成する深さに応じて設定することになる。尚、実際には、上記イオン注入工程に先立って、イオン注入側の面にシリコン酸化膜などによって汚染保護膜を形成しておき、イオン注入工程後にこの汚染保護膜を除去することが行われる。これにより、単結晶シリコンウェハ２０の表面の鏡面状態が保持されると共に、金属イオンなどによる汚染が防止される。
【００４９】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図６（ｂ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ２０のイオン注入側の表面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、両シリコンウェハ１２及び２０を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものであるが、水素イオン注入層１９での剥離現象が始まる温度（４００℃程度）より低い温度で行われる。
【００５０】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ１２及び２０の一体物に対し、４００℃〜６００℃程度の熱処理を施すことによって、シリコンウェハ２０を水素イオン注入層１９により形成される欠陥層部分で剥離して、前記単結晶シリコン層２０ａを露出させ、これによりダイヤフラム５を形成する。尚、単結晶シリコン層２０ａの表面には、必要に応じて研磨などの平坦化処理が施される。また、上記のような剥離現象は、熱処理に伴い、水素イオン注入層１９により形成される欠陥層部分で微小な気泡が凝集してマクロな気泡を生じ、これにより当該欠陥層部分を境界とした剥離が拡大することにより起こるものであり、従って、単結晶シリコン層２０ａの厚さ寸法は、水素イオン注入層１９の深さ位置（つまり、イオン注入工程でのイオン注入深さ）に依存することになる。
【００５１】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図６（ｄ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００５２】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法が、水素イオン注入層１９の深さ位置（イオン注入工程でのイオン注入深さ）に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ１２上にシリコン酸化膜１４を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良いものである。
【００５３】
（第６の実施の形態）
図７には本発明の第６実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、シリコンウェハ２１（本発明でいう支持基板に相当）上に単結晶シリコン層２２（本発明でいう半導体層に相当）が絶縁分離膜２３を介して形成されたＳＯＩ基板２４（第２半導体基板に相当）を用意し、図７（ｂ）に示すように、上記単結晶シリコン層２２の所定深さ位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して埋込酸化膜２５を形成するという酸化膜形成工程を実行する。この場合、単結晶シリコン層２２において、上記埋込酸化膜２５により区分された薄膜状の表面側領域が、最終的にダイヤフラム５となる部分である。さらに、図７（ｃ）に示すように、単結晶シリコン層２２の表面側領域に対し、埋込酸化膜２５に達する凹部２６を形成するという凹部形成工程を実行すると共に、表面に所定膜厚のシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８（第１半導体基板に相当）を用意する。
【００５４】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図７（ｄ）に示す状態まで加工する。
この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、ＳＯＩ基板２４の凹部２６側の表面並びにシリコンウェハ２８のシリコン酸化膜２７側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、それらＳＯＩ基板２４及びシリコンウェハ２８を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００５５】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、ＳＯＩ基板２４側のシリコンウェハ２１を、絶縁分離膜２３をストッパとした研削、研磨、ケミカルエッチング処理を行うことにより除去して、当該絶縁分離膜２３を露出させた後に、その絶縁分離膜２３を、例えばフッ酸系水溶液を用いた化学エッチング或いは化学的機械研磨やドライエッチングなどの選択エッチング処理によって除去し、図７（ｅ）に示すように、単結晶シリコン層２２の表面を露出させてダイヤフラム５を形成する。尚、この実施例の場合、ダイヤフラム５と圧力基準室６との間に埋込酸化膜２５が残置された状態となる。
【００５６】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図７（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００５７】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、単結晶シリコン層２２における埋込酸化膜２５により区分された薄膜状の領域の厚さ寸法（埋込酸化膜２５の深さ位置）に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行う構成としても良いものである。
【００５８】
（第７の実施の形態）
図８には上述した第６実施例に一部変更を加えた本発明の第７実施例が示されており、以下、これについて異なる部分のみ説明する。
即ち、この実施例は、第６実施例における埋込酸化膜２５を形成するための酸化膜形成工程に代えて、ＳＯＩ基板２４における単結晶シリコン層２２の所定深さ位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して部分的に埋込酸化膜２９を形成するという酸化膜形成工程を実行することに特徴を有する（図８（ｂ）参照）。この場合にも、単結晶シリコン層２２における上記埋込酸化膜２９により区分された薄膜状の表面側領域が、最終的にダイヤフラム５となる。さらに、図８（ｃ）に示すように、単結晶シリコン層２２に対し、埋込酸化膜２９に達する凹部２６を形成する凹部形成工程を実行すると共に、表面にシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８を用意し、以降、第６実施例と同様の貼り合わせ工程、選択除去工程及び拡散工程（図８（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００５９】
尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行う構成としても良いものである。
【００６０】
（第８の実施の形態）
図９には本発明の第８実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、単結晶シリコンウェハ３０（第２半導体基板に相当）を用意し、この単結晶シリコンウェハ３０の表面側から所定深さの位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して埋込酸化膜３１を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、上記単結晶シリコンウェハ３０の表面側から所定深さに達する結晶欠陥形成用の水素イオン注入層３２を形成するというイオン注入工程を実行する。この場合、単結晶シリコンウェハ３０における水素イオン注入層３２及び埋込酸化膜３１間に存する薄膜状の領域が、本発明でいう半導体層に相当した単結晶シリコン層３０ａとして機能するようになっている。尚、このときのイオン注入深さは、上記単結晶シリコン層３０ａの厚さ寸法がダイヤフラム厚に相当した値となるように設定する。また、イオン注入工程での水素イオンのドーズ量は、前記第５実施例の場合と同様に設定すれば良い。
【００６１】
次いで、図９（ｃ）に示すように、単結晶シリコンウェハ３０に対し、埋込酸化膜３１に達する凹部３３を形成する凹部形成工程を実行すると共に、表面に所定膜厚のシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８を用意する。
【００６２】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図９（ｄ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ３０の凹部３３側の表面並びにシリコンウェハ２８のシリコン酸化膜２７側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、それらシリコンウェハ３０及び２８を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものであるが。水素イオン注入層３２での剥離現象が始まる温度（４００℃程度）より低い温度で行われる。。
【００６３】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ３０及び２８の一体物に対し、４００℃〜６００℃程度の熱処理を施すことによって、単結晶シリコンウェハ３０を水素イオン注入層３２により形成される欠陥層部分で剥離して、前記単結晶シリコン層３０ａを露出させ、これによりダイヤフラム５を形成する。尚、単結晶シリコン層３０ａの表面には、必要に応じて研磨などの平坦化処理が施される。
【００６４】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図９（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００６５】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、水素イオン注入層３２の深さ位置に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良いものである。
【００６６】
（第９の実施の形態）
図１０には上述した第８実施例に一部変更を加えた本発明の第９実施例が示されており、以下、これについて異なる部分のみ説明する。
即ち、この実施例は、第８実施例における埋込酸化膜３１に代えて、単結晶シリコンウェハ３０における所定深さ位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して部分的に埋込酸化膜３４を形成したことに特徴を有する（図８（ａ）参照）。そして、図１０（ｂ）に示すように、上記単結晶シリコンウェハ３０の表面側から所定深さに達する結晶欠陥形成用の水素イオン注入層３２を形成するというイオン注入工程を同様に実行する。この場合にも、単結晶シリコンウェハ３０における水素イオン注入層３２及び埋込酸化膜３４間に存する薄膜状の領域が、最終的にダイヤフラム５となる単結晶シリコン層３０ａとして機能するようになっている。さらに、図１０（ｃ）に示すように、単結晶シリコンウェハ３０に対し、埋込酸化膜３４に達する凹部３３を形成する凹部形成工程を実行すると共に、表面にシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８を用意し、以降、第８実施例と同様の貼り合わせ工程、選択除去工程及び拡散工程（図１０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００６７】
尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行う構成としても良いものである。
【００６８】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
各実施例において、貼り合わせ工程の実行後には、必要に応じて貼り合わせ強度を増大させるための熱処理工程（例えば窒素などの不活性ガス雰囲気中において高温（１１００℃〜１２００℃程度以上）を加える熱処理）を行っても良い。
研磨或いエッチング時のストッパとして機能させるためのシリコン酸化膜は、多結晶シリコン膜により置き換えることが可能である。各実施例における埋込酸化膜を得る技術としては、ＳＩＭＯＸ技術に限らず、貼り合わせ技術、横方向エピタキシャル成長技術、レーザ再結晶化技術など、他の種々の技術を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図２】半導体圧力センサの基本構造を示す模式的な断面図
【図３】本発明の第２実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図４】本発明の第３実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図５】本発明の第４実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図６】本発明の第５実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図７】本発明の第６実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図８】本発明の第７実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図９】本発明の第８実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図１０】本発明の第９実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【符号の説明】
１は半導体圧力センサ、２はシリコン基板、３はシリコン酸化膜、４は単結晶シリコン層、５はダイヤフラム、６は圧力基準室、７はゲージ抵抗、８はシリコンウェハ（支持基板）、９は単結晶シリコン層（半導体層）、１０は絶縁分離膜、１１はＳＯＩ基板（第２半導体基板）、１２はシリコンウェハ（第１半導体基板）、１３は凹部、１４はシリコン酸化膜、１５は埋込酸化膜、１６は単結晶シリコンウェハ（第２半導体基板）、１６ａは単結晶シリコン層（半導体層）、１７は不純物拡散層、１８は単結晶シリコンウェハ１８（第２半導体基板）、１９は水素イオン注入層、２０は単結晶シリコンウェハ（第２半導体基板）、２０ａは単結晶シリコン層（半導体層）、２１はシリコンウェハ（支持基板）、２２は単結晶シリコン層（半導体層）、２３は絶縁分離膜、２４はＳＯＩ基板（第２半導体基板）、２５は埋込酸化膜、２６は凹部、２７はシリコン酸化膜、２８はシリコンウェハ（第１半導体基板）、２９は埋込酸化膜、３０は単結晶シリコンウェハ（第２半導体基板）、３０ａは単結晶シリコン層（半導体層）、３１は埋込酸化膜、３２は水素イオン注入層、３３は凹部、３４は埋込酸化膜を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤフラムに受ける圧力を、圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基づいて電気的に検出するようにした絶対圧検出形式の半導体圧力センサの製造方法、特には、貼り合わせ技術を用いて半導体圧力センサを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体圧力センサの製造方法としては、例えば特開平８−２３６７８８号公報に記載されたものがある。この製造方法では、まず、ダイヤフラム用の凹部が形成された第１半導体基板と、表面に絶縁膜が形成された第２半導体基板とを用意して、それらを凹部形成面側及び絶縁膜面側で貼り合わせることによって、上記凹部を気密に閉鎖して成る圧力基準室を形成する貼り合わせ工程を実行する。そして、この後に、第１半導体基板を上記凹部形成面と反対側の面から所定位置（実際には、上記凹部より深い位置まで予め形成されている研磨ストッパ用の第２凹部の底面相当位置）まで研磨する工程を実行することによって、ダイヤフラムの厚さ寸法を制御する構成としている。尚、上記圧力基準室は、センサ出力の温度特性を向上させるために、真空状態（減圧状態を含む概念である）とするのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
半導体基板同士を貼り合わせる技術としては、両基板の表面に親水化処理を施した状態で貼り合わせるという直接接合法が一般的となっている。ところが、このような直接接合法では、基板の貼り合わせ面に親水化処理が施されて過剰な水分子が存在することになり、従って、貼り合わせ工程の実行に伴い圧力基準室内に水分子が封じ込められた状態となる。このため、半導体圧力センサが温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合には、上記のように封じ込まれた水分子の影響によって圧力基準室内の圧力が変動して、圧力の検出感度が不安定になるという問題点が出てくる。
【０００４】
一方、前述のように凹部を備えた半導体基板をその凹部形成面と反対側の面から研磨するという研磨工程を行うことによりダイヤフラムの厚さ寸法を制御する製造方法では、圧力基準室が真空状態にある関係上、研磨中に圧力基準室形成用の凹部が存在する部分で研磨圧に起因した撓みが発生しやすくなる。このため、ダイヤフラム厚が薄くなる場合ほど、ダイヤフラム部分の厚さ寸法が不均一になる現象が出てくるものであり、その厚さ寸法を高精度に管理することが非常に困難になるという問題点がある。
以上のような各問題点が存在する結果、従来の方法で製造される半導体圧力センサでは、圧力検出精度を高めることが困難になるという事情があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力基準室内の圧力が変動する事態を未然に防止できると共に、ダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能になり、以て圧力検出精度の向上を図り得るようになる半導体圧力センサの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載した製造方法を採用できる。この製造方法によれば、第１半導体基板の凹部側の面並びに第２半導体基板の半導体層側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で実行されるのに伴い、上記凹部が密閉された状態となり、これに応じて減圧された状態の圧力基準室が形成される。このとき、上記貼り合わせ工程は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行されるから、圧力基準室の内壁などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになり、当該半導体圧力センサが温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合においても、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【０００７】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板における半導体層以外の部分を選択的に除去する選択除去工程を実行して、上記半導体層を露出させることにより、前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。これにより、ダイヤフラムに受ける圧力を、圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基づいて電気的に検出可能な構造が得られる。
【０００８】
この場合、半導体圧力センサが温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合であっても、上述のように水分子の影響により圧力基準室内の圧力が変動する事態を未然に防止できるようになり、また、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に予め設けられた半導体層の厚さ寸法に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理できる手段を採用可能になるから、総じてダイヤフラムによる圧力検出精度の向上を実現できるようになる。
【０００９】
請求項２記載の製造方法によれば、所定膜厚の酸化膜が圧力基準室内に臨んだ状態で配置されることになるから、その酸化膜により過剰な水分子を吸収できるようになる。従って、圧力基準室内に水分子が残置された状態となった場合でも、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が変動する事態を抑制できるようになり、以て圧力検出精度の向上に寄与できることになる。
【００１０】
請求項３記載の製造方法によれば、第１半導体基板の凹部側の面並びに第２半導体基板の半導体層側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で実行されるのに伴い、上記凹部が密閉された状態となり、これに応じて減圧された状態の圧力基準室が形成される。このとき、上記貼り合わせ工程は、上記各半導体基板の貼り合わせ面に負活性ガスイオンを照射する活性化処理を施した後に行われる構成となっているから、貼り合わせ面に親水化処理を施した後に貼り合わせを行う場合のように、圧力基準室内に水分子が残置される恐れがなくなり、半導体圧力センサが実際に使用される場合において、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【００１１】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板における半導体層以外の部分を選択的に除去する選択除去工程を実行して、上記半導体層を露出させることにより、前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。これにより、ダイヤフラムに受ける圧力を、圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基づいて電気的に検出可能な構造が得られる。
【００１２】
この場合、上述のように半導体圧力センサが実際に使用される場合において水分子の影響により圧力基準室内の圧力が変動する事態を未然に防止できるようになり、また、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に予め設けられた半導体層の厚さ寸法に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理できる手段を採用可能になるから、総じてダイヤフラムによる圧力検出精度の向上を実現できるようになる。
【００１３】
請求項４記載の製造方法によれば、選択除去工程において、ＳＯＩ基板により構成された第２半導体基板の支持基板が、絶縁分離膜をストッパとした研削、研磨或いはエッチング処理によって除去された後に、上記絶縁分離膜が選択エッチング処理によって除去されることにより、ＳＯＩ層に相当した半導体層が露出されてダイヤフラムが形成されることになる。この場合には、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層の厚さ寸法に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１４】
請求項５記載の製造方法によれば、選択除去工程において、表面側に埋込酸化膜により区分された状態の半導体層を備えた第２半導体基板に対し、裏面側から上記埋込酸化膜をストッパとした研削或いは研磨処理が施された後に、上記埋込酸化膜が選択エッチング処理によって除去されることにより、上記半導体層が露出されてダイヤフラムが形成されることになる。この場合にも、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層の厚さ寸法（埋込酸化膜の位置）に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１５】
請求項６記載の製造方法によれば、選択除去工程において、表面側から半導体層の膜厚に対応した深さに達する不純物拡散層を備えた第２半導体基板に対し、裏面側から上記不純物拡散層をストッパとしたエッチング処理が施されて当該不純物拡散層が半導体層として露出されることにより、ダイヤフラムが形成されるようになる。この場合にも、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層（不純物拡散層）の厚さ寸法に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１６】
請求項７記載の製造方法によれば、表面側から所定深さの位置に結晶欠陥形成用のイオン注入層を形成して、そのイオン注入層より浅い位置に存する領域を半導体層とした第２半導体基板を用意し、貼り合わせ工程後に行われる選択除去工程において、熱処理に応じて、第２半導体基板が前記イオン注入層による欠陥層部分で剥離されて半導体層が露出されることにより、ダイヤフラムが形成されるようになる。この場合にも、ダイヤフラムの厚さ寸法は、上記半導体層の厚さ寸法（イオン注入層の位置）に厳密に依存したものとなるから、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能となる。
【００１７】
請求項８記載の製造方法によれば、第１半導体基板の表面並びに第２半導体基板の凹部側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で実行されるのに伴い、上記凹部が密閉された状態となり、これに応じて減圧された状態の圧力基準室が形成される。この場合においても、上記貼り合わせ工程は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行されるから、圧力基準室の内壁などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになる。
【００１８】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板の支持基板を埋込酸化膜をストッパとした研削、研磨或いはエッチング処理によって除去すると共に、上記埋込酸化膜を選択エッチング処理によって除去する選択除去工程が実行されるのに伴い、上記半導体層が露出されて前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。この場合、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に形成される埋込酸化膜の深さ位置に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能になる。
【００１９】
請求項９記載の製造方法においても、第１半導体基板の表面並びに第２半導体基板の凹部側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中に応じて、半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行されるから、上記凹部により形成される圧力基準室の内壁などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになる。
【００２０】
このような貼り合わせ工程の実行後には、第２半導体基板を、これに形成されたイオン注入層による欠陥層部分で剥離させる選択除去工程が実行されるのに伴い、上記イオン注入層及び埋込酸化膜間に位置した半導体層が露出されて前記圧力基準室と対応した位置にダイヤフラムを形成できるようになる。この場合、ダイヤフラムの厚さ寸法は、第２半導体基板側に形成される埋込酸化膜及びイオン注入層の深さ位置に依存したものとなって、そのダイヤフラムの厚さ寸法を高精度に管理可能になる。
【００２１】
請求項１０記載の製造方法によれば、第１半導体基板の表面並びに第２半導体基板の凹部側の面を互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程が、上記各半導体基板の貼り合わせ面に負活性ガスイオンを照射する活性化処理を施した後に行われる構成となっているから、貼り合わせ面に親水化処理を施した後に貼り合わせを行う場合のように、圧力基準室内に水分子が残置される恐れがなくなり、半導体圧力センサが実際に使用される場合において、水分子の影響により圧力基準室内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【００２２】
請求項１１記載の製造方法によれば、ダイヤフラムの厚さ寸法が、半導体層のエピタキシャル成長量に依存して決まることになるから、当該ダイヤフラムの厚さ寸法を精度良く制御できるようになって、検出感度の安定化を実現できるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照しながら説明する。
図２には、本実施例による方法で製造される半導体圧力センサの基本構造が模式的な断面図により示されている。この図２において、半導体圧力センサ１は、シリコン基板２上にシリコン酸化膜３を介して例えばＮ型の単結晶シリコン層４を形成したＳＯＩ構造を有するもので、その単結晶シリコン層４に形成されたダイヤフラム５と、このダイヤフラム５の背面側（当該ダイヤフラム５及びシリコン酸化膜３間）に減圧された状態で形成された圧力基準室６と、ダイヤフラム５上に不純物拡散により形成されたゲージ抵抗７とを備えた構成となっている。尚、図２では、電極、配線などの構成要素が省略された状態となっている。
【００２４】
図１には、上記構成の半導体圧力センサ１の製造工程が模式的な断面図により示されており、以下、これについて説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、シリコンウェハ８（本発明でいう支持基板に相当）上に、最終的に前記単結晶シリコン層４となる単結晶シリコン層９（本発明でいう半導体層に相当）が絶縁分離膜１０を介して形成されたＳＯＩ基板１１（第２半導体基板に相当）と、シリコンウェハ１２（第１半導体基板に相当）とを用意する。このシリコンウェハ１２は、最終的に前記シリコン基板２になるものであり、その上面には、前記圧力基準室６のための凹部１３が形成されていると共に、前記シリコン酸化膜３に相当するシリコン酸化膜１４が熱酸化法によって形成されている。尚、このシリコン酸化膜１４は、過剰な水分子を吸収できるように比較的厚い状態（例えば１μｍ以上）で形成される。また、上記ＳＯＩ基板１１側の単結晶シリコン層９の表面、並びにシリコンウェハ１２側のシリコン酸化膜１４の表面は鏡面化された状態となっている。
【００２５】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図１（ｂ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は周知の直接接合法で行うものであり、まず、ＳＯＩ基板１１側の単結晶シリコン層９の表面、並びにシリコンウェハ１２側のシリコン酸化膜１４の表面に親水化処理（例えば、９０〜１２０℃程度に保温された硫酸と過酸化水素水との混合溶液（Ｈ２ ＳＯ４ ：Ｈ２ Ｏ２ ＝４：１）による洗浄及び純水洗浄を順次行った後に、表面に吸着する水分量を例えばスピン乾燥により制御する処理）を施す。そして、この後に、ＳＯＩ基板１１及びシリコンウェハ１２を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせるものであり、この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、このような貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサ１の実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００２６】
このように、ＳＯＩ基板１１及びシリコンウェハ１２の貼り合わせ工程が真空状態の雰囲気中で所定の温度を加えながら行われる結果、最終的に圧力基準室６となる凹部１３の内壁に付着・吸収されているガス（水分を含む）が外部に追い出されると共に、減圧された状態の圧力基準室６が形成されるものである。
【００２７】
上記のような貼り合わせ工程の実行後には選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、ＳＯＩ基板１１側のシリコンウェハ８を、絶縁分離膜１０をストッパとした研削、研磨或いはケミカルエッチング処理などを行うことにより除去し、図１（ｃ）に示すように、当該絶縁分離膜１０を露出させる。さらに、この後に、上記絶縁分離膜１０を、例えばフッ酸系水溶液を用いた化学エッチング或いは化学的機械研磨やドライエッチングなどの選択エッチング処理によって除去し、図１（ｄ）に示すように、単結晶シリコン層９の表面を露出させてダイヤフラム５を形成する。
【００２８】
そして、図１（ｅ）に示すように、単結晶シリコン層９における所定位置に例えばＰ型の不純物を拡散するによってゲージ抵抗７を形成する拡散工程を実行し、さらに、電極、配線などを形成する周知の工程を実行した後に、単結晶シリコン層９及びシリコンウェハ１２などの一体物をダイシングすることによって、図２に示すような半導体圧力センサ１の基本構造を完成させる。
【００２９】
上記した本実施例による製造方法によれば、ＳＯＩ基板１１とシリコンウェハ１２とを直接接合法により貼り合わせるという貼り合わせ工程を、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う構成としたから、圧力基準室６などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになる。このため、半導体圧力センサ１が温度上昇を伴う雰囲気下で使用される場合において、水分子の存在により圧力基準室６内の圧力が変動して検出感度が不安定になる事態を未然に防止できるようになる。
【００３０】
この場合、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサ１の実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）より高い温度に設定されているから、その半導体圧力センサ１の実使用時において圧力基準室６内の圧力を安定なものとすることができて、その検出感度が不安定になる事態を確実に防止できるようになる。しかも、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、ＳＯＩ基板１１側に予め設けられた単結晶シリコン層９の厚さ寸法に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理できる手段を採用可能になるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。
【００３１】
また、本実施例の方法で製造された半導体圧力センサ１によれば、所定膜厚（例えば１μｍ以上）のシリコン酸化膜３が圧力基準室５内に臨んだ状態で配置されることになるから、そのシリコン酸化膜３により過剰な水分子を吸収できるようになる。従って、圧力基準室５内に水分子が残置された状態となった場合でも、水分子の影響により圧力基準室５内の圧力が変動する事態を抑制できるようになって、圧力検出精度の向上に寄与できる。
【００３２】
尚、上記実施例において、選択除去工程を実行して単結晶シリコン層９の表面を露出させた後に、当該単結晶シリコン層９をエピタキシャル成長させてダイヤフラム５の厚さ寸法を制御するというエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良い。この構成によれば、ダイヤフラム５の厚さ寸法を、単結晶シリコン層９のエピタキシャル成長量により精度良く制御可能となるから、半導体圧力センサ１による検出感度の安定化を実現できるようになる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図３には本発明の第２実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハ８上に絶縁分離膜１０を介して単結晶シリコン層９を形成したＳＯＩ基板１１と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意して、真空状態の雰囲気中で貼り合わせ工程を行うことにより、図３（ｂ）に示す状態まで加工する。この場合には、ＳＯＩ基板１１の単結晶シリコン層９側の面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の面に、負活性ガスイオン例えばアルゴンイオンを照射して各表面を均一にエッチングすることにより、それらの表面全体を活性な状態とする活性化処理を施した後に、それらＳＯＩ基板１及びシリコンウェハ１２を活性化処理面で互いに貼り合わせる。尚、斯様な貼り合わせ工程は真空状態の雰囲気中で行われるものであり、これにより、凹部１３により形成される圧力基準室６内が減圧された状態とされるものである。
【００３４】
上記のような貼り合わせ工程の実行後には、前記第１実施例と同様の選択除去工程（図３（ｃ）、（ｄ）参照）、並びにゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図３（ｅ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００３５】
上記した本実施例の製造方法によれば、ＳＯＩ基板１１とシリコンウェハ１２とを貼り合わせるための貼り合わせ工程を、それらの貼り合わせ面にアルゴンイオンを照射する活性化処理を施した後に行う構成となっているから、貼り合わせ面に親水化処理を施した後に貼り合わせを行う製造方法のように、圧力基準室６内に水分子が残置される恐れがなくなり、半導体圧力センサが実際に使用される場合において、水分子の影響により圧力基準室６内の圧力が上昇する恐れがなくなる。
【００３６】
従って、本実施例の製造方法によっても、上記のように水分子の影響により圧力基準室６内の圧力が変動する事態を未然に防止できると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法も前記第１実施例と同様に高精度に管理できるようになるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、選択除去工程を実行して単結晶シリコン層９の表面を露出させた後に、当該単結晶シリコン層９をエピタキシャル成長させてダイヤフラム５の厚さ寸法を制御するというエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良いものである。
【００３７】
（第３の実施の形態）
図４には本発明の第３実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、表面側から所定深さの位置に埋込酸化膜１５が部分的に形成された単結晶シリコンウェハ１６（第２半導体基板に相当）と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意する。この場合、単結晶シリコンウェハ１６の表面における上記埋込酸化膜１５により区分された薄膜状の領域が、本発明でいう半導体層に相当した単結晶シリコン層１６ａとして機能するようになっている。尚、上記埋込酸化膜１５は、当該ウェハ１６に対し酸素イオンを注入した後に熱処理を施すというＳＩＭＯＸ技術により形成されるものである。
【００３８】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図４（ｂ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ１６側の単結晶シリコン層１６ａの表面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、両シリコンウェハ１２及び１６を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００３９】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ１６に対し、裏面側から埋込酸化膜１５をストッパとした研削或いは研磨処理を施し、図４（ｃ）に示すように、当該埋込酸化膜１５を露出させる。尚、この場合において、当初においてエッチング処理を施し、途中から研削或いは研磨処理に切り換えることもできる。さらに、この後に、上記埋込酸化膜１５を、例えばフッ酸系水溶液を用いた化学エッチング或いは化学的機械研磨やドライエッチングなどの選択エッチング処理によって除去する（図４（ｄ）参照）。これにより、シリコンウェハ１６は、単結晶シリコン層１６ａを残して除去されることになり、その単結晶シリコン層１６ａによってダイヤフラム５が形成されるようになる。
【００４０】
そして、選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図４（ｅ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００４１】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、単結晶シリコン層１６ａの厚さ寸法（埋込酸化膜１６の形成位置）に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としたり、シリコンウェハ１２の上面に、前記第１実施例と同様にシリコン酸化膜を形成しておく構成としても良いものである。また、貼り合わせ工程は、前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良い。
【００４２】
（第４の実施の形態）
図５には本発明の第４実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、表面側から前記第１実施例における単結晶シリコン層９の膜厚に対応した深さに達する例えばＰ型の不純物拡散層１７を形成したＮ型の単結晶シリコンウェハ１８（第２半導体基板に相当）と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意する。この場合、第１実施例と同様に、シリコンウェハ１２の上面にはシリコン酸化膜１４が熱酸化法によって形成されている。
【００４３】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図５（ｂ）に示す状態まで加工する。
この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ１８の不純物拡散層１７側の表面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、両シリコンウェハ１２及び１８を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００４４】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ１８に対し、裏面側から不純物拡散層１７をストッパとしたエッチング処理を施し、図５（ｃ）に示すように、当該不純物拡散層１７を本発明でいう半導体層として露出させてダイヤフラム５を形成する。尚、この場合のエッチング処理は、例えばＫＯＨ系のアルカリエッチング液を使用して行うことができる。
【００４５】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図５（ｄ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００４６】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、不純物拡散層１７の厚さ寸法に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ１２上にシリコン酸化膜１４を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良いものである。
【００４７】
（第５の実施の形態）
図６には本発明の第５実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、表面側から前記第１実施例における単結晶シリコン層９の膜厚に対応した深さに達する結晶欠陥形成用の水素イオン注入層１９を形成したＮ型の単結晶シリコンウェハ２０（第２半導体基板に相当）と、凹部１３が形成されたシリコンウェハ１２とを用意する。尚、単結晶シリコンウェハ２０にあっては、水素イオン注入層１９より浅い位置に存する薄膜状の領域が、本発明でいう半導体層に相当した単結晶シリコン層２０ａとして機能するようになっている。また、第１実施例と同様に、シリコンウェハ１２の上面にはシリコン酸化膜１４が熱酸化法によって形成されている。
【００４８】
この場合、上記水素イオン注入層１９を形成するイオンとしては、水素イオン以外に、ヘリウムのような希ガスイオンなども利用できるが、水素イオンを利用する場合、そのイオン注入工程でのドーズ量は、例えば１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲、好ましくは５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲に設定する。また、イオン注入エネルギは、水素イオン注入層１９を形成する深さに応じて設定することになる。尚、実際には、上記イオン注入工程に先立って、イオン注入側の面にシリコン酸化膜などによって汚染保護膜を形成しておき、イオン注入工程後にこの汚染保護膜を除去することが行われる。これにより、単結晶シリコンウェハ２０の表面の鏡面状態が保持されると共に、金属イオンなどによる汚染が防止される。
【００４９】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図６（ｂ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ２０のイオン注入側の表面並びにシリコンウェハ１２の凹部１３側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、両シリコンウェハ１２及び２０を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものであるが、水素イオン注入層１９での剥離現象が始まる温度（４００℃程度）より低い温度で行われる。
【００５０】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ１２及び２０の一体物に対し、４００℃〜６００℃程度の熱処理を施すことによって、シリコンウェハ２０を水素イオン注入層１９により形成される欠陥層部分で剥離して、前記単結晶シリコン層２０ａを露出させ、これによりダイヤフラム５を形成する。尚、単結晶シリコン層２０ａの表面には、必要に応じて研磨などの平坦化処理が施される。また、上記のような剥離現象は、熱処理に伴い、水素イオン注入層１９により形成される欠陥層部分で微小な気泡が凝集してマクロな気泡を生じ、これにより当該欠陥層部分を境界とした剥離が拡大することにより起こるものであり、従って、単結晶シリコン層２０ａの厚さ寸法は、水素イオン注入層１９の深さ位置（つまり、イオン注入工程でのイオン注入深さ）に依存することになる。
【００５１】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図６（ｄ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００５２】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法が、水素イオン注入層１９の深さ位置（イオン注入工程でのイオン注入深さ）に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ１２上にシリコン酸化膜１４を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良いものである。
【００５３】
（第６の実施の形態）
図７には本発明の第６実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、シリコンウェハ２１（本発明でいう支持基板に相当）上に単結晶シリコン層２２（本発明でいう半導体層に相当）が絶縁分離膜２３を介して形成されたＳＯＩ基板２４（第２半導体基板に相当）を用意し、図７（ｂ）に示すように、上記単結晶シリコン層２２の所定深さ位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して埋込酸化膜２５を形成するという酸化膜形成工程を実行する。この場合、単結晶シリコン層２２において、上記埋込酸化膜２５により区分された薄膜状の表面側領域が、最終的にダイヤフラム５となる部分である。さらに、図７（ｃ）に示すように、単結晶シリコン層２２の表面側領域に対し、埋込酸化膜２５に達する凹部２６を形成するという凹部形成工程を実行すると共に、表面に所定膜厚のシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８（第１半導体基板に相当）を用意する。
【００５４】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図７（ｄ）に示す状態まで加工する。
この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、ＳＯＩ基板２４の凹部２６側の表面並びにシリコンウェハ２８のシリコン酸化膜２７側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、それらＳＯＩ基板２４及びシリコンウェハ２８を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものである。
【００５５】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、ＳＯＩ基板２４側のシリコンウェハ２１を、絶縁分離膜２３をストッパとした研削、研磨、ケミカルエッチング処理を行うことにより除去して、当該絶縁分離膜２３を露出させた後に、その絶縁分離膜２３を、例えばフッ酸系水溶液を用いた化学エッチング或いは化学的機械研磨やドライエッチングなどの選択エッチング処理によって除去し、図７（ｅ）に示すように、単結晶シリコン層２２の表面を露出させてダイヤフラム５を形成する。尚、この実施例の場合、ダイヤフラム５と圧力基準室６との間に埋込酸化膜２５が残置された状態となる。
【００５６】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図７（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００５７】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、単結晶シリコン層２２における埋込酸化膜２５により区分された薄膜状の領域の厚さ寸法（埋込酸化膜２５の深さ位置）に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行う構成としても良いものである。
【００５８】
（第７の実施の形態）
図８には上述した第６実施例に一部変更を加えた本発明の第７実施例が示されており、以下、これについて異なる部分のみ説明する。
即ち、この実施例は、第６実施例における埋込酸化膜２５を形成するための酸化膜形成工程に代えて、ＳＯＩ基板２４における単結晶シリコン層２２の所定深さ位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して部分的に埋込酸化膜２９を形成するという酸化膜形成工程を実行することに特徴を有する（図８（ｂ）参照）。この場合にも、単結晶シリコン層２２における上記埋込酸化膜２９により区分された薄膜状の表面側領域が、最終的にダイヤフラム５となる。さらに、図８（ｃ）に示すように、単結晶シリコン層２２に対し、埋込酸化膜２９に達する凹部２６を形成する凹部形成工程を実行すると共に、表面にシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８を用意し、以降、第６実施例と同様の貼り合わせ工程、選択除去工程及び拡散工程（図８（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００５９】
尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行う構成としても良いものである。
【００６０】
（第８の実施の形態）
図９には本発明の第８実施例が示されており、以下、これについて前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、単結晶シリコンウェハ３０（第２半導体基板に相当）を用意し、この単結晶シリコンウェハ３０の表面側から所定深さの位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して埋込酸化膜３１を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、上記単結晶シリコンウェハ３０の表面側から所定深さに達する結晶欠陥形成用の水素イオン注入層３２を形成するというイオン注入工程を実行する。この場合、単結晶シリコンウェハ３０における水素イオン注入層３２及び埋込酸化膜３１間に存する薄膜状の領域が、本発明でいう半導体層に相当した単結晶シリコン層３０ａとして機能するようになっている。尚、このときのイオン注入深さは、上記単結晶シリコン層３０ａの厚さ寸法がダイヤフラム厚に相当した値となるように設定する。また、イオン注入工程での水素イオンのドーズ量は、前記第５実施例の場合と同様に設定すれば良い。
【００６１】
次いで、図９（ｃ）に示すように、単結晶シリコンウェハ３０に対し、埋込酸化膜３１に達する凹部３３を形成する凹部形成工程を実行すると共に、表面に所定膜厚のシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８を用意する。
【００６２】
次に、貼り合わせ工程を行うことにより図９（ｄ）に示す状態まで加工する。この貼り合わせ工程は第１実施例と同様の直接接合法で行うものであり、まず、単結晶シリコンウェハ３０の凹部３３側の表面並びにシリコンウェハ２８のシリコン酸化膜２７側の表面に、第１実施例と同様の親水化処理を施した後に、それらシリコンウェハ３０及び２８を上記親水化処理面で密着させて貼り合わせる。この貼り合わせは、真空状態の雰囲気中において、ワークに対し比較的低い温度を加えながら行う。但し、この場合においても、上記貼り合わせ工程での熱処理温度は、半導体圧力センサの実際の最高使用温度（例えば自動車用の場合は２００℃）よりは高い温度に設定されるものであるが。水素イオン注入層３２での剥離現象が始まる温度（４００℃程度）より低い温度で行われる。。
【００６３】
上記のような貼り合わせ工程の実行に応じて圧力基準室６を形成した後には、選択除去工程を行う。具体的には、この選択除去工程では、シリコンウェハ３０及び２８の一体物に対し、４００℃〜６００℃程度の熱処理を施すことによって、単結晶シリコンウェハ３０を水素イオン注入層３２により形成される欠陥層部分で剥離して、前記単結晶シリコン層３０ａを露出させ、これによりダイヤフラム５を形成する。尚、単結晶シリコン層３０ａの表面には、必要に応じて研磨などの平坦化処理が施される。
【００６４】
そして、上記選択除去工程の実行後には、前記第１実施例と同様のゲージ抵抗７を形成するための拡散工程（図９（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００６５】
従って、本実施例の製造方法によっても、第１実施例と同様に、貼り合わせ工程の実行時において、圧力基準室６内などに付着或いは吸収されている水分子が追い出されるようになると共に、ダイヤフラム５の厚さ寸法は、水素イオン注入層３２の深さ位置に厳密に依存したものとなって、そのダイヤフラム５の厚さ寸法を高精度に管理可能となるから、総じてダイヤフラム５による圧力検出精度の向上を実現できるようになる。尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行っても良いものである。
【００６６】
（第９の実施の形態）
図１０には上述した第８実施例に一部変更を加えた本発明の第９実施例が示されており、以下、これについて異なる部分のみ説明する。
即ち、この実施例は、第８実施例における埋込酸化膜３１に代えて、単結晶シリコンウェハ３０における所定深さ位置にＳＩＭＯＸ技術を利用して部分的に埋込酸化膜３４を形成したことに特徴を有する（図８（ａ）参照）。そして、図１０（ｂ）に示すように、上記単結晶シリコンウェハ３０の表面側から所定深さに達する結晶欠陥形成用の水素イオン注入層３２を形成するというイオン注入工程を同様に実行する。この場合にも、単結晶シリコンウェハ３０における水素イオン注入層３２及び埋込酸化膜３４間に存する薄膜状の領域が、最終的にダイヤフラム５となる単結晶シリコン層３０ａとして機能するようになっている。さらに、図１０（ｃ）に示すように、単結晶シリコンウェハ３０に対し、埋込酸化膜３４に達する凹部３３を形成する凹部形成工程を実行すると共に、表面にシリコン酸化膜２７が熱酸化により形成されたシリコンウェハ２８を用意し、以降、第８実施例と同様の貼り合わせ工程、選択除去工程及び拡散工程（図１０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）参照）などを順次実行した後に、ダイシング加工を行うことにより半導体圧力センサの基本構造を完成させる。
【００６７】
尚、本実施例においても、前述したようなエピタキシャル成長工程を実行する構成としても良く、また、貼り合わせ工程は、シリコンウェハ２８上にシリコン酸化膜２７を設けないことを前提に前記第２実施例のような不活性ガスイオンを照射する手法により行う構成としても良いものである。
【００６８】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
各実施例において、貼り合わせ工程の実行後には、必要に応じて貼り合わせ強度を増大させるための熱処理工程（例えば窒素などの不活性ガス雰囲気中において高温（１１００℃〜１２００℃程度以上）を加える熱処理）を行っても良い。
研磨或いエッチング時のストッパとして機能させるためのシリコン酸化膜は、多結晶シリコン膜により置き換えることが可能である。各実施例における埋込酸化膜を得る技術としては、ＳＩＭＯＸ技術に限らず、貼り合わせ技術、横方向エピタキシャル成長技術、レーザ再結晶化技術など、他の種々の技術を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図２】半導体圧力センサの基本構造を示す模式的な断面図
【図３】本発明の第２実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図４】本発明の第３実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図５】本発明の第４実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図６】本発明の第５実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図７】本発明の第６実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図８】本発明の第７実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図９】本発明の第８実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【図１０】本発明の第９実施例による製造方法を模式的に示す断面図
【符号の説明】
１は半導体圧力センサ、２はシリコン基板、３はシリコン酸化膜、４は単結晶シリコン層、５はダイヤフラム、６は圧力基準室、７はゲージ抵抗、８はシリコンウェハ（支持基板）、９は単結晶シリコン層（半導体層）、１０は絶縁分離膜、１１はＳＯＩ基板（第２半導体基板）、１２はシリコンウェハ（第１半導体基板）、１３は凹部、１４はシリコン酸化膜、１５は埋込酸化膜、１６は単結晶シリコンウェハ（第２半導体基板）、１６ａは単結晶シリコン層（半導体層）、１７は不純物拡散層、１８は単結晶シリコンウェハ１８（第２半導体基板）、１９は水素イオン注入層、２０は単結晶シリコンウェハ（第２半導体基板）、２０ａは単結晶シリコン層（半導体層）、２１はシリコンウェハ（支持基板）、２２は単結晶シリコン層（半導体層）、２３は絶縁分離膜、２４はＳＯＩ基板（第２半導体基板）、２５は埋込酸化膜、２６は凹部、２７はシリコン酸化膜、２８はシリコンウェハ（第１半導体基板）、２９は埋込酸化膜、３０は単結晶シリコンウェハ（第２半導体基板）、３０ａは単結晶シリコン層（半導体層）、３１は埋込酸化膜、３２は水素イオン注入層、３３は凹部、３４は埋込酸化膜を示す。
Claims (11)
- ダイヤフラムの背面側に減圧された状態の圧力基準室を備えて成る半導体圧力センサの製造方法において、
前記圧力基準室を形成するための凹部が設けられた第１半導体基板と、表面側に前記ダイヤフラムを形成するための半導体層が設けられた第２半導体基板とを用意した上で、
前記第１半導体基板の前記凹部側の面並びに前記第２半導体基板の半導体層側の面に親水化処理を施した後に、それらを親水化処理面で互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程を、真空状態の雰囲気中で前記半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行し、
この後に前記第２半導体基板における前記半導体層以外の部分を選択的に除去する選択除去工程を実行することにより、上記半導体層を露出させて前記ダイヤフラムを形成することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 - 前記第１半導体基板における前記凹部側の面には、酸化膜が所定膜厚で形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサの製造方法。
- ダイヤフラムの背面側に減圧された状態の圧力基準室を備えて成る半導体圧力センサの製造方法において、
前記圧力基準室を形成するための凹部が設けられた第１半導体基板と、表面側に前記ダイヤフラムを形成するための半導体層が設けられた第２半導体基板とを用意した上で、
前記第１半導体基板の前記凹部側の面並びに前記第２半導体基板の半導体層側の面に負活性ガスイオンを照射する活性化処理を施した後に、それらを活性化処理面で互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程を、真空状態の雰囲気中で実行し、
この後に前記第２半導体基板における前記半導体層以外の部分を選択的に除去する選択除去工程を実行することにより、上記半導体層を露出させて前記ダイヤフラムを形成することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 - 前記第２半導体基板は、支持基板上に絶縁分離膜を介して半導体層を形成したＳＯＩ基板により形成され、
前記選択除去工程では、前記支持基板を前記絶縁分離膜をストッパとした研削、研磨或いはエッチング処理によって除去した後に、上記絶縁分離膜を選択エッチング処理によって除去することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。 - 前記第２半導体基板は、その表面側から所定深さの位置に埋込酸化膜を形成することにより、当該第２半導体基板の表面に上記埋込酸化膜により区分された状態の半導体層を備えた構造とされ、
前記選択除去工程では、前記第２半導体基板に対し、裏面側から前記埋込酸化膜をストッパとした研削或いは研磨処理を施した後に、上記埋込酸化膜を選択エッチング処理によって除去することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。 - 前記第２半導体基板は、その表面側から前記半導体層の膜厚に対応した深さに達する不純物拡散層を形成した構造とされ、
前記選択除去工程では、前記第２半導体基板に対し、裏面側から前記不純物拡散層をストッパとしたエッチング処理を施すことにより当該不純物拡散層を前記半導体層として露出させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。 - 前記第２半導体基板は、その表面側から所定深さの位置に結晶欠陥形成用のイオン注入層を形成して、そのイオン注入層より浅い位置に存する領域を前記半導体層とした構造とされ、
前記選択除去工程では、熱処理を施すことによって、前記第２半導体基板を前記イオン注入層により形成される欠陥層部分で剥離して前記半導体層を露出させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。 - ダイヤフラムの背面側に減圧された状態の圧力基準室を備えて成る半導体圧力センサの製造方法において、
第１半導体基板と、支持基板上に絶縁分離膜を介して半導体層を形成したＳＯＩ基板より成る第２半導体基板とを用意した上で、
前記第２半導体基板の半導体層に対して、その表面側から所定深さの位置に埋込酸化膜を形成する酸化膜形成工程、
前記第２半導体基板の半導体層に対して、前記埋込酸化膜に達する凹部を形成する凹部形成工程を順次実行し、
前記第１半導体基板の表面並びに前記第２半導体基板の凹部側の面に親水化処理を施した後に、それらを親水化処理面で互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程を、真空状態の雰囲気中で前記半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行し、
この後に前記第２半導体基板の支持基板を前記埋込酸化膜をストッパとした研削、研磨或いはエッチング処理によって除去した後に、上記埋込酸化膜を選択エッチング処理によって除去する選択除去工程を実行することにより、前記半導体層を露出させて前記ダイヤフラムを形成することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 - ダイヤフラムの背面側に減圧された状態の圧力基準室を備えて成る半導体圧力センサの製造方法において、
第１半導体基板と、所定深さ位置に埋込酸化膜が形成された第２半導体基板とを用意した上で、
前記第２半導体基板に対して、その表面側からイオン注入することにより、結晶欠陥形成用のイオン注入層を前記埋込酸化膜より深い位置に形成して、そのイオン注入層及び埋込酸化膜間の領域を半導体層とするイオン注入工程、
前記第２半導体基板に対し、その表面側から前記埋込酸化膜に達する凹部を形成する凹部形成工程を順次実行し、
前記第１半導体基板の表面並びに前記第２半導体基板の凹部側の面に親水化処理を施した後に、それらを親水化処理面で互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程を、真空状態の雰囲気中で前記半導体圧力センサの実際の最高使用温度以上の温度を加えながら実行し、
この後に熱処理を施すことによって、前記第２半導体基板を前記イオン注入層により形成される欠陥層部分で剥離させる選択除去工程を実行することにより、前記半導体層を露出させて前記ダイヤフラムを形成することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 - 請求項８または９記載の半導体圧力センサの製造方法において、前記貼り合わせ工程に代えて、前記第１半導体基板の表面並びに前記第２半導体基板の凹部側の面に負活性ガスイオンを照射する活性化処理を施した後に、真空状態の雰囲気中において第１半導体基板及び第２半導体基板を上記活性化処理面で互いに貼り合わせるという貼り合わせ工程を実行することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
- 前記選択除去工程を実行して前記第２半導体基板の半導体層を露出させた後に、当該半導体層をエピタキシャル成長させて前記ダイヤフラムの厚さ寸法を制御するエピタキシャル成長工程を実行することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。
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