JP3573262B2

JP3573262B2 - 半導体圧力測定装置

Info

Publication number: JP3573262B2
Application number: JP05023699A
Authority: JP
Inventors: 曉之加藤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP2000249613A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安価で且つ精度、感度、過大圧特性が良好で、作製プロセスが安定で特性のばらつきが少なく、高耐圧が実現できる半導体圧力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来例の要部構成説明図で、例えば、時開平９−１１３３９０号公報、発明の名称「半導体圧力測定装置及びその製造方法」に示されている。図４は図３の製作工程説明図である。
【０００３】
図３において、第１の単結晶シリコン基板１は、単結晶からなるシリコン基板である。ポリシリコン層２は、第１の単結晶シリコン基板１の一面に、半導体プロセスにより形成されている。
【０００４】
空隙室３は、ポリシリコン層２に設けられている。
第２の単結晶シリコン基板４は、ポリシリコン層２の他面に、一面が接して設けられ、ポリシリコン層２の空隙室３が設けられている部分と共に、ダイアフラム５を形成する。
【０００５】
歪検出素子６は、第２の単結晶シリコン基板４の他面側に設けられている。
この場合は、ピェゾ抵抗ストレンゲージや面端固定梁の振動式ストレンゲージなどが使用されている。
【０００６】
導圧孔７は、第１の単結晶シリコン基板１の他面から空隙室３に連通され、空隙室３と外部とを連通する。
【０００７】
この様な装置は、図４に示す如く、以下の如くして製作される。
（１）図４（ａ）に示す如く、フォトリソグラフィにより、第１の単結晶シリコン基板１０１の一面の、酸化シリコン薄膜１０２の所要筒所を残して除去する。
【０００８】
（２）図４（ｂ）に示す如く、第１の単結晶シリコン基板１０１の一面に、一面が接するポリシリコン層１０３を、半導体プロセスにより形成する。
（３）図４（ｃ）に示す如く、ポリシリコン層１０３の表面を平坦化し、且つ、所定厚さｔに研磨する。
【０００９】
（４）図４（ｄ）に示す如く、ポリシリコン層１０３の他面に、第２の単結晶シリコン基板１０４の一面を接合する。
（５）図４（ｅ）に示す如く、所定のダイアフラムの厚さｕを形成する様に、第２の単結晶シリコン基板ｌ０４の他面を研磨する。
【００１０】
（６）図４（ｆ）に示す如く、第２の単結晶シリコン基板１０４の他面側に、歪検出センサ１０５を形成する。
（７）図４（ｇ）に示す如く、第１の単結晶シリコン基板１０１の他面から、酸化シリコン薄膜１０２に達する導圧孔を形成する。
【００１１】
（８）図４（ｈ）に示す如く、導圧孔１０６より、選択エッチングにより、酸化シリコン薄膜１０２を除去する。
【００１２】
ここで、第ｌの単結晶シリコン基板ｌと第２の単結晶シリコン基板５の接合を真空中で行えば、空隙室３は真空となり、絶対圧センサとなる。
また、図３のごとく、空隙室３に到達する導圧孔７を、エッチング等により形成し、空隙室３にも圧力を導入できるように構成すれば、ゲージ圧や差圧の測定が可能となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な半導体圧力測定装置においては、以下のような問題点が発生する。
シリコン同志を直接接合するためには、図４（ｃ）の工程終了後で、ポリシリコン層１０３の表面が平坦で、かつ面荒さが小さい必要がある。
【００１４】
ただし、図４（ｂ）の工程での時点では、工程（ａ）で形成した酸化膜１０２の厚さの分だけ段差ができる。
この段差を取り除くためには、ポリシリコン層１０３を厚くして、研削・研磨量を増やさなければならない。
【００１５】
また、酸化シリコン膜１０２の厚さは、空隙室３の隙間を構成するので、空隙室３に細かな異物が侵入して付着しても、使用出来るように、高い歩留まりを得るために、出来るだけ厚い事が望ましい。
酸化シリコン膜１０２の厚さを厚くする事によって、益々、ポリシリコン層１０３を厚くしなけれぱならない。
【００１６】
しかし、ポリシリコン層１０３の厚膜化は、成膜時間が長くなり、生産性が悪くなる。また、成膜時間の短縮化の為に、成長温度を高くすると、ポリシリコン層１０３のグレインサイズが大きくなる。
【００１７】
この事により、面粗さを小さくする研摩工程である、図４（Ｃ）の工程が難しくなる。また、ポリシリコン層１０３が厚くなると、バッチ間やウエハー面内のバラツキの絶対値が大きくなるため寸法管理が難しくなる。
【００１８】
例えば、酸化シリコン膜１０２の厚さが１μｍの場合には、ポリシリコン層１０３は１５μｍ程度必要になる。
また、図４の工程（ｃ）の研削・研磨工程には、加工機械の精度内でのバラツキがあるため、研磨量が多くなると、図４の工程（Ｃ）のポリシリコン層１０３のばらつきが大きくなる。
【００１９】
この事により、ポリシリコン層１０３が無くなる不良や、ポリシリコン層１０３が厚くなりすぎる不良が発生し易くなる。
【００２０】
一方、装置の感度を上げるためには、（ダイアフラムを薄くするためには、）ポリシリコン層１０３を出来るだけ薄くするのが望ましい。
しかし、ポリシリコン層１０３は残留応力を有するので、ダイアフラム５の厚さが薄くなると、この残留応力の影響で、ダイアフラム５の撓みが発生する。
【００２１】
図３従来例の形状を実現するためには、ダイアフラム５のポリシリコン層は３μｍ程度以上の厚さが必要である。
このため、ダィアフラム５の薄膜化にも限界がある。
【００２２】
更にまた、圧力測定装置として使用時に、空隙室３に大きな圧力が加わると、空隙室３のエッジ部分に大きな応力が発生して破壊する。
エッジ部の形状に鋭角な部分があると、その部分に応力が集中してしまうため破壊圧力が低くなる。すなわち、高耐圧が実現できる半導体圧力センサが得られない。
【００２３】
本発明は、これらの問題点を解決するものである。
本発明の日的は、安価で且つ精度、感度、過大圧特性が良好で、作製プロセスが安定で特性のばらつきが少なく、高耐圧が実現できる半導体圧力測定装置を提供するにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明では、請求項1の半導体圧力測定装置においては、
ダイアフラムの一面側に空隙室が設けられこのダイアフラムの他面側に測定圧が印加される半導体圧力測定装置において、
第１の単結晶シリコン基板と、この第１の単結晶シリコン基板の一面に半導体プロセスにより形成されたポリシリコン層と、前記ポリシリコン層の他面に一面が接して設けられた第２の単結晶シリコン基板と、前記第１の単結晶シリコン基板の一面側に設けられこの第１の単結晶シリコン基板にダイアフラムを形成し前記ポリシリコン層と空隙室を構成する凹部と、この凹部の底面と側面との接する部分に前記凹部の形成と同時に形成された丸み部と、前記ダイアフラムに設けられた歪検出センサと、前記第１の単結晶シリコン基板の他面あるいは前記第２の単結晶シリコン基板の他面から前記空隙室に連通されこの空隙室と外部とを連通する導圧孔とを具備したことを特徴とする。
【００２５】
この結果、ダイアフラムは、シリコン単結晶材のみによって形成される。
即ち、残留歪が無いダイアフラムを構成することが出来、更なるダイアフラムの薄膜化が可能になり、測定精度、感度が更に向上された半導体圧力測定装置が得られる。
【００２６】
また、空隙室のエッジ部に丸み部があることによって、空隙室に大きな圧力が加わった場合でも、空隙室のエッジ部分に発生する応力が集中する部分がない。
そのため、破壊する圧力を高くすることができる。
これによって高耐圧の半導体圧力測定装置が得られる。
【００２７】
【作用】
以上の構成において、高圧側測定圧力又は低圧側測定圧力の一方が第２の単結晶シリコン基板に印加され、高圧側測定圧力又は低圧側測定圧力の他方が空隙室に印加される。
この結果、高圧側と低圧側との圧力差に応じてダイアフラムが歪み、この歪量が歪検出素子によって電気的に検出され、圧力の測定が行われる。
【００２８】
この様な装置は、以下の如くして製作される。
第ｌの単結晶シリコン基板の表面に第１の窒化シリコン膜を形成する。
フォトリソグラフィにより第ｌの単結晶シリコン基板上の第１の窒化シリコン膜の所要個所を除去する。
【００２９】
第１の単結晶シリコン基板を酸化して第１の酸化シリコン膜を形成する。
この第ｌの酸化シリコン膜を除去する。
この第１の酸化シリコン膜が除去された個所の第１の単結晶シリコン基板の表面と、第１の窒化シリコン膜の表面とに、第２の窒化シリコン膜を形成する。
【００３０】
この第２の窒化シリコン膜を異方性工ッチングによっで除去する。
この第２の窒化シリコン膜を除去した個所の第１の単結晶シリコン基板を酸化して、第２の酸化シリコン膜を形成する。
第１の単結晶シリコン基板に形成されている第ｌの窒化シリコン膜と第２の窒化シリコン膜を除去する。
【００３１】
第１の単結晶シリコン基板の一面にポリシリコン層を形成する。
このポリシリコン層の表面を研磨により平坦化する。
第１の単結晶シリコン基板の、第２の酸化シリコン膜が形成されている面と、第２の単結晶シリコン基板とを接合する。
【００３２】
第ｌまたは第２の単結晶シリコン基板を、ダイアフラムの厚さ分を残して研磨する。
このダイアフラムに歪み検出センサを形成する。
第１または第２の単結晶シリコン基板に、第２の酸化シリコン膜に達する孔を形成する。
【００３３】
第２の酸化シリコン膜に達する孔より、選択エッチングにより、第２の酸化シリコン膜を除去する。
以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図２は図１の製作工程説明図である。
図において、ポリシリコン層２２は、第１の単結晶シリコン基板２１の一面に、一面が接し半導体プロセスにより形成されている。
【００３５】
第２の単結晶シリコン基板２３は、ポリシリコン層２２の他面に、一面が接して設けられている。
【００３６】
凹部２４は、第１の単結晶シリコン基板２１の一面側に設けられ、この第１の単結晶シリコン基板２１にダイアフラム２５を形成し、ポリシリコン層２２と空隙室２６を構成する。
丸み部２４１は、この凹部２４の底面２４２と側面２４３との接する部分に設けられている。
【００３７】
歪検出センサ２７は、ダイアフラム２５に設けられている。
この場合は、例えば、ピェゾ抵抗ストレンゲージや両端固定梁の振動式ストレンゲージが使用されている。
【００３８】
導圧孔２８は、第１の単結晶シリコン基板２１の他面、あるいは第２の単結晶シリコン基板２３の他面から、空隙室２６に連通され、空隙室２６と外部とを連通する。
【００３９】
この場合は、第２の単結晶シリコン基板２３の他面から、空隙室２６に連通されでいる。
なお、導圧孔２８は、第１の単結晶シリコン基板２１の他面から、空隙室２６に連通され、空隙室２６と外部とを連通しても良いことは勿論である。
【００４０】
この様な装置は、図２に示す如く、以下の如くして製作される。
（ａ）図２（ａ）に示す如く、第１の単結晶シリコン基板３０１の表面に、第ｌの窒化シリコン膜３０２を形成する。
（ｂ）図２（ｂ）に示す如く、フォトリソグラフィにより、第１の単結晶シリコン基板３０１上の、第ｌの窒化シリコン膜３０２の所要筒所３０３を除去する。
【００４１】
（ｃ）図２（ｃ）に示す如く、第ｌの単結晶シリコン基板３０１を酸化して、第１の酸化シリコン膜３０４を形成する。
（ｄ）図２（ｄ）に示す如く、この第１の酸化シリコン膜３０４を、除去する。
【００４２】
（ｅ）図２（ｅ）に示す如く、この第１の酸化シリコン膜３０４が除去された個所３０３の第１の単結晶シリコン基板３０１の表面と、第ｌの室化シリコン膜３０２の表面とに、第２の窒化シリコン膜３０５を形成する。
【００４３】
（ｆ）図２（ｆ）に示す如く、この第２の窒化シリコン膜３０５を異方性エッチングによって除去する。
（ｇ）図２（ｇ）に示す如く、この第２の窒化シリコン膜３０５を除去した個所の、第ｌの単結晶シリコン基板３０１を酸化して、第２の酸化シリコン膜３０６を形成する。
【００４４】
（ｈ）図２（ｈ）に示す如く、第ｌの単結晶シリコン基板３０１に形成されている、第１の窒化シリコン膜３０２と第２の窒化シリコン膜３０５を除去する。
（ｉ）図２（ｉ）に示す如く、第１の単結晶シリコン基板３０１の一面にポリシリコン層３０７を形成する。
【００４５】
（ｊ）図２（ｊ）に示す如く、このポリシリコン層３０７の表面を研磨により平坦化する。
（ｋ）図２（ｋ）に示す如く、第１の単結晶シリコン基板３０１の第２の酸化シリコン膜３０６が形成されている面と、第２の単結晶シリコン基板３０８とを接合する。
【００４６】
（ｌ）図２（ｌ）に示す如く、第ｌの単結晶シリコン基板３０１をダイアフラム２５の厚さ分を残して研磨する。
（ｍ）図２（ｍ）に示す如く、このダイアフラムに歪み検出センサ３０９を形成する。
【００４７】
（ｎ）図２（ｎ）に示す如く、第２の単結晶シリコン基板３０８に、第２の酸化シリコン膜３０６に達する孔３１１を形成する。
（ｏ）図２（ｏ）に示す如、第２の酸化シリコン膜３０６に達する孔３１１より、選択エッチングにより、第２の酸化シリコン膜３０６を除去する。
【００４８】
この結果、ダイアフラム２５は、シリコン単結晶材のみによって形成される。即ち、残留歪が無いダイアフラムを構成することが出来、更なるダイアフラムの薄膜化が可能になり、測定精度、感度が更に向上された半導体圧力測定装置が得られる。
【００４９】
また、空隙室２６のエッジ部に丸み部２４１があることによって、空隙室２６に大きな圧力が加わった場合でも、空隙室２６のエッジ部分に発生する応力が集中する部分がない。
そのため、破壊する圧力を高くすることができる。
これによって高耐圧の半導体圧力測定装置が得られる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発発明の請求項ｌによれば、
ダイアフラムは、シリコン単結晶材のみによって形成される。
即ち、残留歪が無いダイアフラムを構成することが出来、ダイアフラムの薄膜化が可能になり、測定精度、感度が更に向上された半導体圧力測定装置が得られる。
【００５１】
また、空隙室のエッジ部に丸み部があることによって、空隙室に大きな圧力が加わった場合でも、空隙室のエッジ部分に発生する応力が集中する部分がない。
そのため、破壊する圧力を高くすることができる。これによって高耐圧の半導体圧力測定装置が得られる。
【００５２】
従って、本発明によれば、安価で且つ精度、感度、週大圧特性が良好で、作製プロセスが安定で特性のばらつきが少なく、高耐圧が実現できる半導体圧力測定装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の製作工程説明図である。
【図３】従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
【図４】図３の製作工程説明図である。
【符号の説明】
２１第１の単結晶シリコン基板
２２ポリシリコン層
２３第２の単結晶シリコン基板
２４凹部
２４１丸み部
２４２底面
２４３側面
２５ダイアフラム
２６空隙室
２７歪検出センサ
２８導圧孔
３０１第１の単結晶シリコン基板
３０２第１の窒化シリコン膜
３０３所定個所
３０４第１の酸化シリコン膜
３０５第２の窒化シリコン膜
３０６第２の酸化シリコン膜
３０７ポリシリコン層
３０８第２の単結晶シリコン基板
３０９歪検出センサ
３１１孔

Claims

ダイアフラムの一面側に空隙室が設けられこのダイアフラムの他面側に測定圧が印加される半導体圧力測定装置において、
第１の単結晶シリコン基板と、
この第１の単結晶シリコン基板の一面に半導体プロセスにより形成されたポリシリコン層と、
前記ポリシリコン層の他面に一面が接して設けられた第２の単結晶シリコン基板と、
前記第１の単結晶シリコン基板の一面側に設けられこの第１の単結晶シリコン基板にダイアフラムを形成し前記ポリシリコン層と空隙室を構成する凹部と、
この凹部の底面と側面との接する部分に設けられ前記凹部の形成と同時に形成された丸み部と、
前記ダイアフラムに設けられた歪検出センサと、
前記第１の単結晶シリコン基板の他面あるいは前記第２の単結晶シリコン基板の他面から前記空隙室に連通されこの空隙室と外部とを連通する導圧孔と
を具備したことを特徴とする半導体圧力測定装置。