JP3629185B2

JP3629185B2 - Semiconductor sensor and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3629185B2
Application number: JP2000180123A
Authority: JP
Inventors: 浩康助迫; 恵二半沢; 潤一堀江
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2002005763A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に形成されたダイアフラムに印加される物理量を検出する半導体センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体圧力センサとしては、例えば、図１２に示すようなものがある（例えば、特開２０００−２６１０号公報）。
図１２において、Ｓｉ基板１の裏面に絶縁膜１８を形成し、この絶縁膜１８上に設けられた小開口部２４からエッチング液を注入し、Ｓｉ基板１をエッチングして、空洞部６を形成する。
【０００３】
そして、小開口部２４を封止部２３によって封止することにより空洞部６を密閉して、基準圧力室及びダイアフラム部１０を形成する方式がある。
【０００４】
なお、１１はピエゾ抵抗、１２は表面絶縁層、１３は金属配線である。
【０００５】
また、半導体圧力センサの他の例としては、図１３に示すようなものがある（例えば、特開平１１−２８４２０４号公報）。
図１３において、Ｓｉ基板１上に犠牲層を形成し、この犠牲層上に多結晶シリコン層を堆積し、可動電極２２を形成する。その後、開口部２４から犠牲層をエッチング除去し、開口部２４を封止部２３によって封止することにより、圧力基準室とダイアフラム部とを形成する方式がある。
なお、１９は固定電極、２０は多結晶の絶縁膜、２１は足場である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示すような従来の半導体圧力センサにおいては、ダイアフラム部及び基準圧力室を形成する工程が複雑で、多くのコストがかかるという問題点があった。
【０００７】
また、図１３に示すような従来の半導体圧力センサにおいては、絶縁膜２０は多結晶シリコンであるので、ダイアフラム部に多結晶シリコンという構造的に不安定な物質を使わざるを得ず、残留応力による膜反りの制御が困難であり、圧力測定精度の向上も困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、低コスト化が可能で、機械的強度が強く、高精度の測定が可能な半導体センサ及びその製造方法を実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）機械的な変位量を電気信号に変換する半導体センサにおいて、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成し、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成する。
【００１０】
（２）半導体圧力センサにおいて、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成し、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成し、この空洞領域を圧力室とするとともに、この圧力室の壁部の一部をダイアフラム部とし、このダイアフラム部の変位により、圧力を測定する。
【００１１】
（３）半導体加速度センサにおいて、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成し、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成し、空洞領域の壁部の一部をダイアフラム部とし、このダイアフラム部のをエッチングすることによりダイアフラム部に可動電極を形成し、この可動電極の変位により加速度を検出する。
【００１２】
（４）半導体エアーフローセンサにおいて、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成し、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成し、空洞領域の壁部の一部をダイアフラム部とし、このダイアフラム部上に発熱抵抗体を形成する。
【００１３】
（５）好ましくは、上記（１）、（２）、（３）において、上記空洞領域の角部は、半径０．３μｍ以上の丸みを帯びている。
【００１４】
（６）また、好ましくは、上記（１）、（２）、（３）において、上記空洞領域を形成する周辺部分は、同一単結晶材料で構成される。
【００１５】
（７）また、好ましくは、上記（１）において、上記空洞領域を形成する壁部の一部を第１のダイアフラムとし、この第１のダイアフラム上に、固定する足場部分を有し、圧力の変化に応じて変位する第２のダイアフラムを形成した。
【００１６】
（８）機械的な変位量を電気信号に変換する半導体センサの製造方法において、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成する工程と、上記複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成する工程とを備える。
【００１７】
（９）半導体圧力センサの製造方法において、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成する工程と、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成し、この空洞領域を圧力室とするとともに、この圧力室の壁部の一部をダイアフラム部とする工程とを備える。
【００１８】
（１０）半導体加速度センサの製造方法において、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成する工程と、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成し、空洞領域の壁部の一部をダイアフラム部とする工程と、上記ダイアフラム部のをエッチングしてダイアフラム部に可動電極を形成する工程とを備える。
【００１９】
（１１）半導体エアーフローセンサの製造方法において、半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成する工程と、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理して、この半導体基板内の上記複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域を形成し、空洞領域の壁部の一部をダイアフラム部とする工程と、上記ダイアフラム部上に発熱抵抗体を形成する工程とを備える。
【００２０】
半導体基板の所定領域に複数の溝又は穴を形成し、これら複数の溝又は穴が形成された半導体基板を熱処理することにより、半導体基板内の複数の溝又は穴が形成された領域に空洞領域が形成されるとともに、空洞部上の薄膜部がダイアフラム部となるように構成している。
【００２１】
上記の構成により、通常のＳｉウェハの処理工程を用いて基準圧力室となる空洞領域とダイアフラム部を同時に形成することができ、製造工程を簡略化することができる。
【００２２】
また、本発明の製造方法においては、ダイアフラム部は基板と同一材質の単結晶シリコンにより構成することができ、かつ、ダイアフラム部を形成するための空洞部の角部は丸みを帯びた形状となる。このため、応力がダイアフラム支持部に集中せず、機械的強度の強いダイアフラムを形成することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態である半導体圧力センサ及びその製造方法の説明図である。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態である半導体センサの製造方法で製造した半導体圧力センサの概略断面構成図である。
図１において、Ｓｉ基板１の表面に不純物拡散領域２が形成され、この不純物拡散領域２が下部電極となっている。
【００２５】
また、空洞部６上のダイアフラム部１０に高濃度不純物拡散領域７が形成され、この高濃度不純物拡散領域７が上部電極となっている。不純物拡散領域２と高濃度不純物拡散領域７は、それぞれ、Ｎ型、Ｐ型の不純物が注入され、ＰＮ接合を形成しており、逆バイアス状態で使用することにより、上部電極７と下部電極２との絶縁を確保する構成となっている。
【００２６】
また、電極部７及び２と外部とを電気的に接続するため、絶縁層８を形成し、この絶縁層８にコンタクト用の孔を形成し、金属配線９と、電極７、２のそれぞれとを接続している。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態である半導体圧力センサの動作を説明する。
図１に示した例において、空洞部６が基準圧力室となり、ダイアフラム部１０が印加される外部圧力に応じて変位する。例えば、外部圧力が大きくなればダイアフラム部１０はＳｉ基板１側に撓むことになる。
【００２８】
一方、下部電極２と上部電極７と間の静電容量は、空洞部６の高さ、つまり、図１の上下方向の大きさに反比例する。したがって、ダイアフラム１０が外部圧力に応じて変位すると、空洞部６の高さが変化し、その結果静電容量が変化することになる。第１の実施形態における半導体圧力センサの構造では、外部圧力の変化を静電容量の変化として検出するものである。
【００２９】
図２は、本発明の第１の実施形態である半導体圧力センサの製造方法の工程図である。
図２において、まず、図２の（ａ）ではＳｉ基板１の表面にイオン注入等により選択的に不純物を注入し、熱処理を行うことにより不純物拡散領域２を形成する。この不純物拡散領域２が下部電極となる。
【００３０】
その後、不純物拡散領域２に、複数のトレンチ（溝）もしくは複数のホール（穴）が形成された構造体３をドライエッチング法により、トレンチ幅０．３μｍ、トレンチ間隔（トレンチとトレンチとの間の領域幅）０．３μｍ、深さ２μｍで形成する。
【００３１】
図３は、上記構造体３の概略平面図である。
図３において、図３の（ａ）は不純物拡散領域２に複数のトレンチ４を形成した場合を示し、図３の（ｂ）は不純物拡散領域２に複数のホール５を形成した場合である。
【００３２】
この構造体３を不純物拡散領域２に形成する面積としては、構造体３の上部部分が上部電極７となるため、静電容量の変化を大きくする面積として、２５０μｍ角の面積（２５０μｍ×２５０μｍ）とする。
【００３３】
次に、図２の（ｂ）において、構造体３を形成したＳｉ基板１を高温状態で表面が酸化しない状態、例えば水素雰囲気中もしくは高真空下でアニール（例えば、１１００℃の熱処理）を行う。
【００３４】
このようなアニールを施すと、Ｓｉが流動を起こして表面積を極小にするように動くため、Ｓｉ基板１内部に形成した構造体３のパターンに依存した空洞部６が形成される。そして、この空洞部６を圧力基準室とし、この圧力基準室を形成する壁部の一部をダイアフラム部１０とする。
【００３５】
上記寸法で構造体３を形成することにより、空洞部６の横寸法は２００μｍ程度、高さ寸法は０．８ｍ、ダイアフラム１０の厚みは１μｍ程度となる。
【００３６】
なお、複数のトレンチ若しくはホールが形成された構造体３を有するＳｉ基板１を高温状態で表面が酸化しない状態でアニールを行うと、不純物拡散領域２に空洞が形成されることは、目的は異なるが、トランジスタの製法の係わる分野では知られていることである。
【００３７】
次に、図２の（ｃ）において、ダイアフラム部１０上に選択的にイオン注入等により不純物を導入し、熱処理により拡散させ、高濃度不純物拡散領域７を形成する。この不純物拡散領域７が上部電極となる。
【００３８】
次に、図２の（ｄ）において、Ｓｉ基板１の表面にＣＶＤ法等により酸化膜、窒化膜といった絶縁層８を形成し、コンタクト用の孔開けをフォトエッチングより行い、Ａｌ等の金属膜を形成し、金属配線９を形成する。
【００３９】
上記のようにして、本発明の第１の実施形態である半導体圧力センサが製造される。
【００４０】
以上のように、本発明の第１の実施形態においては、不純物拡散領域２に複数のトレンチ又はホールを形成し（１工程）、アニールを行う（２工程）ことにより、圧力基準室とダイアフラム部とを同時に形成することができる。
【００４１】
これに対して、従来の技術においては、不純物拡散領域に絶縁膜を形成し（１工程）、この絶縁膜に開口部を形成し（２工程）、この開口部からエッチングによって、空洞部（圧力基準室）を形成し（３工程）、上記形成した開口部を封止（４工程）しなければならなかった。
【００４２】
したがって、本発明の第１の実施形態によれば、製造工程を簡略化でき、低コスト化が可能で、機械的強度が強く、高精度の測定が可能な半導体圧力センサ及びその製造方法を実現することができる。
【００４３】
また、半導体基板表面にダイアフラム等の圧力検出部を形成するのと同時に基準圧力室を形成するので、Ｓｉウェハのバッジ処理で同時に大量に半導体圧力センサを製造することができ、低コスト化が可能となる。
【００４４】
また、通常のＳｉのウェハプロセスとマッチするため、センサ出力を処理する回路を同一チップ上に容易に集積化することができる。
【００４５】
また、ダイアフラム部は基板と同材質の単結晶シリコンで形成するとともに、ダイアフラムを形成するための空洞部がＳｉ原子のリフローにより形成されるため、空洞部角部分は丸みを帯びた形状になり、ダイアフラム支持部に応力が集中しにくい構造になっているため、機械的強度の強い半導体圧力センサを製造できる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
図４は本発明の第２の実施形態である半導体圧力センサの概略断面図であり、この第２の実施形態は、圧力の変化をダイアフラム上に形成したピエゾ抵抗の抵抗変化として検出するものである。
【００４７】
図４において、図２に示した製造工程と同様に、Ｓｉ基板１上に複数のトレンチ等を形成し、アニールすることにより空洞部６を形成する。
【００４８】
この空洞部６上のダイアフラム部１０に拡散抵抗を用いたピエゾ抵抗１１が形成されている。このピエゾ抵抗１１の表面には、表面保護用の表面絶縁層１２が形成される。そして、表面絶縁層１２の一部にはコンタクト用の孔が開けられ、ピエゾ抵抗１１は金属配線１３に接続されている。
【００４９】
図４に示した第２の実施形態も図１に示した第１の実施形態と同様に、空洞部６が基準圧力室となり、ダイアフラム部１０が印加される外部圧力に応じて変位する。例えば、外部圧力が大きくなれば、ダイアフラム１０はＳｉ基板１側に撓むことになる。
【００５０】
このように、ダイアフラム１０が撓めば、ダイアフラム１０に応力が発生し、その結果、ダイアフラム１０の表面に形成されたピエゾ抵抗１１の抵抗値が変化し、それによって圧力を検出することができる。
【００５１】
図５は、図４に示した本発明の第２の実施形態である半導体圧力センサの製造方法の工程を示す図である。
【００５２】
図５において、まず、図５の（ａ）ではＳｉ基板１の表面に複数のトレンチもしくはホールといった構造体３をドライエッチング法により形成する。
【００５３】
次に、図５の（ｂ）において、構造体３を形成したＳｉ基板１を高温状態で表面が酸化しない状態、例えば水素雰囲気中もしくは高真空下でアニールを行う。
【００５４】
このようなアニールを施すと、上述したように、Ｓｉが流動を起こして表面積を極小にするように動くため、Ｓｉ基板１内部に形成した構造体３のパターンに依存した空洞部６が形成される。
【００５５】
次に、図５の（ｃ）において、Ｓｉ基板１上にイオン注入等により不純物拡散層を形成し、ピエゾ抵抗１１を形成する。
【００５６】
次に、図５の（ｄ）において、Ｓｉ基板１の表面にＣＶＤ法等を用いて表面絶縁層１２を形成し、その後、形成した表面絶縁層１２の一部にフォトエッチングによってコンタクト用の孔の形成を行い、その後、金属配線１３を形成する。
【００５７】
上記のようにして、本発明の第２の実施形態である半導体圧力センサが製造される。
【００５８】
以上のように、本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５９】
次に、センサ部と周辺回路素子との絶縁分離法について説明する。
図６は、半導体圧力センサと他の素子との絶縁分離法の説明図である。この絶縁分離法においては、半導体集積回路の製造工程で使用されるＳＴＩ技術を利用する。つまり、Ｓｉ基板１の表面にトレンチを形成し、そのトレンチ部に絶縁膜１４を埋め込む技術である。
【００６０】
このＳＴＩ技術では、深さ方向の絶縁性が確保できるため、圧力センサ部の絶縁性に適している。また、従来のＬＯＣＯＳ分離技術と比較して、横方向の面線を縮小できる利点があるため高集積化に適している。
【００６１】
図７は、半導体圧力センサと他の素子との絶縁分離法の説明図である図１もしくは図３に示した半導体圧力センサをＳｉ基板１上に配置した例の上面図である。各センサ部１６の絶縁分離にＳＴＩ絶縁部１５を利用している。図７の例においては、各センサ部１６が圧力を検知することができるため、基板１表面上の圧力分布を検出することが可能となる。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
図８は本発明の第３の実施形態である相対圧検出型の圧力センサの概略断面図である。この第３の実施形態は、図１に示した例において、Ｓｉ基板１の裏面側よりアルカリエッチング液によりＳｉをエッチングして開口部２４を形成し、Ｓｉ基板１表面上のダイアフラム１０と対向した面にダイアフラム１７を形成したものである。
【００６３】
その他の構成、及び製造方法は、図１及び図２に示した例と同様となる。なお、図１の示した例と同等の部材には同一の符号が付してある。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施形態である半導体圧力センサの動作を説明する。
図８において、空洞部６が基準圧力室となり、Ｓｉ基板１の表面側より印加される圧力によりダイアフラム部１０が変位する。また、Ｓｉ基板１の裏面側より印加される圧力によりダイアフラム部１７が変位する。
【００６５】
よって、空洞部６の高さ、つまり、ダイアフラム部１０とダイアフラム部１７との互いの距離は、Ｓｉ基板１の表面側の圧力と裏面側の圧力との相対的な差によって決定されることになる。
【００６６】
この相対的な圧力差を、空洞部６の高さに反比例する静電容量の変化として検出することにより、図８に示す装置は、相対圧検出用の圧力センサとして利用できる。
【００６７】
以上のように、本発明の第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様な効果を得るできる他、静電容量の変化として相対圧力を検出するため、温度に対する出力変動の小さい相対圧検出用センサを実現可能である。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。
図９は本発明の第４の実施形態である半導体圧力センサの概略断面図であり、この第４の実施形態は、ダイアフラム上に別の圧力センサを形成した例である。
【００６９】
図９において、図５の（ａ）及び（ｂ）に示した製造方法と同様にして、Ｓｉ基板１に空洞部６及びダイアフラム部１０を形成する。次に、形成したダイアフラム部１０（第１のダイアフラム）上に酸化膜等の絶縁膜１８を形成した後、固定電極１９を形成する。そして、固定電極１９の絶縁のためにさらに絶縁層２０を形成する。その後、ダイアフラム１０上に足場部分を有する可動電極２２（第２のダイアフラム）を形成する。
【００７０】
この圧力センサにおいては、可動電極２２と固定電極１９との間の静電容量の変化を可動電極２２に印加される外部圧力の変化として検出するものである。
【００７１】
図９に示す実装構造の圧力センサの場合、センシング部分となる可動電極２２及び固定電極１９は、ダイアフラム１０上に形成されるため、例えば外部から熱が加えられ、Ｓｉ基板１がその熱応力により歪みを発生した場合にも、空洞部６によりその歪みを低減可能となり、センシング部分はＳｉ基板１の影響を受けにくい、外部環境変化に対して強い圧力センサである。
【００７２】
したがって、本発明の第４の実施形態によれば、外部環境変化に対して強い圧力センサを、簡単な製造工程（図５の（ａ）、（ｂ）に示す工程）を追加するのみで製造することができる。
【００７３】
また、本発明のダイアフラム自体を基板として、ダイアフラム上に半導体圧力センサを形成することにより、基板からの熱応力による歪み等の影響を低減した半導体圧力センサを実現することができる。
【００７４】
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。
図１０は本発明の第５の実施形態である半導体センサの概略断面及び平面図である。この第５の実施形態は、加速度を検出する半導体センサの例である。
【００７５】
そして、この第５の実施形態は、図２の（ａ）及び（ｂ）に示した製造工程と同様にして空洞６を形成した後に、ダイアフラム１０上の上部電極部をフォトエッチングにより加工し、片持ち梁構造の可動電極２５を形成したものである。
【００７６】
次に、本発明の第５の実施形態である半導体加速度センサの動作を説明する。
図１０において、半導体加速度センサに加速度が加わると、可動電極部２５は片持ち梁構造であるため、Ｓｉ基板１側もしくはその反対側へ変位する。ここで、下部電極２と可動電極２５との間の静電容量は、空洞部６の高さ、つまり、下部電極２と可動電極２５との距離に反比例する。
【００７７】
したがって、可動電極部２５が加速度に応じて変位すると、空洞部６の高さが変化し、その結果、静電容量が変化することになる。本発明の第５に実施形態の構造では、加速度の変化を静電容量の変化として検出するものである。
【００７８】
この第５の実施形態においても、空洞６の形成を簡単な製造工程で行うことができ、その後のＳｉ基板１表面の加工のみにより、加速度検出用のセンサを製造することができる。つまり、本発明の第５の実施形態によれば、製造工程を簡略化でき、低コスト化が可能で、機械的強度が強く、高精度の測定が可能な半導体加速度センサ及びその製造方法を実現することができる。
【００７９】
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。
図１１は本発明の第６の実施形態である半導体センサの概略断面及び平面図であり、この第６の実施形態は、空気流量を検出するエアーフローセンサの例である。
【００８０】
図１１において、図５の（ａ）及び（ｂ）に示した製造工程と同様にして、Ｓｉ基板１に複数のトレンチ又はホールを形成し、真空下でアニールすることにより、空洞部６を形成する。そして、Ｓｉ基板１上に酸化膜等の絶縁膜１２を熱酸化等により形成した後、ポリＳｉ膜を形成し、フォトエッチング加工して発熱抵抗体２６を形成したもである。
【００８１】
次に、本発明の第６の実施形態である半導体エアーフローセンサの動作を説明する。
図１１において、発熱抵抗体２６に電流を流して加熱する。この発熱抵抗体２６に空気の流れが触れることにより温度が下がるが、発熱抵抗体２６の温度が一定になるように外部回路により発熱抵抗体２６に流す電流を制御する。この流す電流の変化により、空気流量を換算し、エアーフローセンサとして動作する。
【００８２】
以上のように、この第６の実施形態においても、空洞６の形成を簡単な製造工程で行うことができ、その後のＳｉ基板１表面の加工のみにより、断熱効果が高いエアーフロー検出用のセンサを低コストで製造することができる。
【００８３】
つまり、本発明の第６の実施形態によれば、空洞部６が真空となるため、発熱抵抗体２６には、測定すべき空気以外の外部等からの熱をこの空洞部６で抑制できるため、断熱効果の高い実装構造となっている。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体基板表面にダイアフラム等の圧力検出部を形成するのと同時に基準圧力室を形成することができるので、製造工程を簡略化でき、低コスト化が可能で、機械的強度が強く、高精度の測定が可能な半導体センサ及びその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である半導体センサの製造方法で製造した半導体圧力センサの概略断面構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である半導体圧力センサの製造方法の工程図である。
【図３】第１の実施形態における構造体３の概略平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である半導体圧力センサの概略断面図である。
【図５】図４に示した本発明の第２の実施形態である半導体圧力センサの製造方法の工程を示す図である。
【図６】半導体圧力センサと他の素子との絶縁分離法の説明図である。
【図７】半導体圧力センサと他の素子との絶縁分離法の説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態である相対圧検出型の圧力センサの概略断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態である半導体圧力センサの概略断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態である半導体センサの概略断面及び平面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態である半導体センサの概略断面及び平面図である。
【図１２】従来技術における半導体圧力センサの一例の概略断面図である。
【図１３】従来技術における半導体圧力センサの他の例の概略断面図である。
【符号の説明】
１Ｓｉ基板
２不純物拡散領域（下部電極）
３構造体
４トレンチ
５ホール
６空洞部
７高濃度不純物拡散領域（上部電極）
８絶縁膜
９金属配線
１０ダイアフラム
１１ピエゾ抵抗
１２表面絶縁層
１３金属配線
１４絶縁膜
１５ＳＴＩ絶縁部
１６センサ部
１７ダイアフラム部
１８絶縁膜
１９固定電極
２０絶縁膜
２１足場
２２可動電極
２３封止部
２４開口部
２５可動電極（片持ち梁）
２６発熱抵抗体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor sensor for detecting a physical quantity applied to a diaphragm formed on a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a conventional semiconductor pressure sensor, for example, there is one as shown in FIG. 12 (for example, JP 2000-2610 A).
In FIG. 12, an insulating film 18 is formed on the back surface of the Si substrate 1, an etching solution is injected from a small opening 24 provided on the insulating film 18, and the Si substrate 1 is etched to form a cavity 6. To do.
[0003]
And there exists a system which seals the cavity part 6 by sealing the small opening part 24 with the sealing part 23, and forms the reference | standard pressure chamber and the diaphragm part 10. FIG.
[0004]
In addition, 11 is a piezoresistor, 12 is a surface insulating layer, 13 is a metal wiring.
[0005]
Another example of the semiconductor pressure sensor is shown in FIG. 13 (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-284204).
In FIG. 13, a sacrificial layer is formed on the Si substrate 1, a polycrystalline silicon layer is deposited on the sacrificial layer, and the movable electrode 22 is formed. Thereafter, there is a method of forming the pressure reference chamber and the diaphragm portion by etching away the sacrificial layer from the opening portion 24 and sealing the opening portion 24 with the sealing portion 23.
Reference numeral 19 denotes a fixed electrode, 20 denotes a polycrystalline insulating film, and 21 denotes a scaffold.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional semiconductor pressure sensor as shown in FIG. 12 has a problem that the process of forming the diaphragm portion and the reference pressure chamber is complicated and requires a lot of cost.
[0007]
Further, in the conventional semiconductor pressure sensor as shown in FIG. 13, since the insulating film 20 is made of polycrystalline silicon, a structurally unstable substance such as polycrystalline silicon must be used for the diaphragm portion, and the residual stress. There is a problem that it is difficult to control the film warpage due to this, and it is difficult to improve the accuracy of pressure measurement.
[0008]
An object of the present invention is to realize a semiconductor sensor capable of reducing costs, having high mechanical strength, and capable of measuring with high accuracy, and a manufacturing method thereof.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
(1) In a semiconductor sensor that converts a mechanical displacement amount into an electrical signal, a plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, A cavity region is formed in the semiconductor substrate in the region where the plurality of grooves or holes are formed.
[0010]
(2) In the semiconductor pressure sensor, a plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate on which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, and the plurality of grooves or A cavity region is formed in the region where the hole is formed, and this cavity region is used as a pressure chamber. A part of the wall portion of the pressure chamber is used as a diaphragm portion, and the pressure is measured by displacement of the diaphragm portion.
[0011]
(3) In the semiconductor acceleration sensor, a plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate on which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, and the plurality of grooves or A hollow region is formed in the region where the hole is formed, a part of the wall portion of the hollow region is used as a diaphragm portion, and a movable electrode is formed in the diaphragm portion by etching the diaphragm portion. Detect acceleration.
[0012]
(4) In the semiconductor airflow sensor, a plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate on which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, and the plurality of grooves in the semiconductor substrate Alternatively, a cavity region is formed in a region where a hole is formed, a part of the wall portion of the cavity region is used as a diaphragm portion, and a heating resistor is formed on the diaphragm portion.
[0013]
(5) Preferably, in the above (1), (2), and (3), the corner of the hollow region is rounded with a radius of 0.3 μm or more.
[0014]
(6) Preferably, in the above (1), (2), and (3), the peripheral portion forming the cavity region is made of the same single crystal material.
[0015]
(7) Preferably, in the above (1), a part of the wall portion forming the hollow region is a first diaphragm, and a scaffold part to be fixed is provided on the first diaphragm. A second diaphragm was formed that displaced in response to the change.
[0016]
(8) In a semiconductor sensor manufacturing method for converting a mechanical displacement amount into an electrical signal, a step of forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate having the plurality of grooves or holes formed therein And a step of forming a cavity region in the region where the plurality of grooves or holes are formed in the semiconductor substrate.
[0017]
(9) In the method of manufacturing a semiconductor pressure sensor, a step of forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate, and heat-treating the semiconductor substrate on which the plurality of grooves or holes are formed, Forming a cavity region in the region where the plurality of grooves or holes are formed, making the cavity region a pressure chamber, and making a part of the wall portion of the pressure chamber a diaphragm portion.
[0018]
(10) In the method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor, a step of forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate, and heat-treating the semiconductor substrate having the plurality of grooves or holes formed therein, A step of forming a hollow region in a region where the plurality of grooves or holes are formed, and forming a part of a wall portion of the hollow region as a diaphragm portion, and etching the diaphragm portion to form a movable electrode in the diaphragm portion A process.
[0019]
(11) In the method for manufacturing a semiconductor airflow sensor, a step of forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate, and heat-treating the semiconductor substrate having the plurality of grooves or holes formed therein, Forming a cavity region in the region where the plurality of grooves or holes are formed, and forming a part of the wall portion of the cavity region as a diaphragm portion, and forming a heating resistor on the diaphragm portion. .
[0020]
A plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, whereby a cavity region is formed in the region where the plurality of grooves or holes are formed in the semiconductor substrate. Is formed, and the thin film portion on the cavity portion is configured as a diaphragm portion.
[0021]
With the above configuration, the cavity region serving as the reference pressure chamber and the diaphragm portion can be formed at the same time using a normal Si wafer processing step, and the manufacturing process can be simplified.
[0022]
In the manufacturing method of the present invention, the diaphragm portion can be made of single crystal silicon made of the same material as that of the substrate, and the corner portion of the cavity portion for forming the diaphragm portion has a rounded shape. . For this reason, it is possible to form a diaphragm having high mechanical strength without stress being concentrated on the diaphragm support portion.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1-3 is explanatory drawing of the semiconductor pressure sensor which is the 1st Embodiment of this invention, and its manufacturing method.
[0024]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a semiconductor pressure sensor manufactured by the semiconductor sensor manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an impurity diffusion region 2 is formed on the surface of a Si substrate 1, and this impurity diffusion region 2 serves as a lower electrode.
[0025]
Further, a high concentration impurity diffusion region 7 is formed in the diaphragm portion 10 on the cavity portion 6, and this high concentration impurity diffusion region 7 serves as an upper electrode. The impurity diffusion region 2 and the high-concentration impurity diffusion region 7 are respectively implanted with N-type and P-type impurities to form a PN junction. When used in a reverse bias state, the upper electrode 7 and the lower electrode 2 are used. It is the structure which ensures insulation with.
[0026]
Further, in order to electrically connect the electrode portions 7 and 2 and the outside, an insulating layer 8 is formed, a contact hole is formed in the insulating layer 8, and the metal wiring 9 and each of the electrodes 7 and 2 are connected. Is connected.
[0027]
Next, the operation of the semiconductor pressure sensor according to the first embodiment of the present invention will be described.
In the example shown in FIG. 1, the cavity 6 serves as a reference pressure chamber, and the diaphragm 10 is displaced according to the external pressure applied. For example, if the external pressure increases, the diaphragm portion 10 bends toward the Si substrate 1 side.
[0028]
On the other hand, the electrostatic capacitance between the lower electrode 2 and the upper electrode 7 is inversely proportional to the height of the cavity 6, that is, the size in the vertical direction of FIG. Therefore, when the diaphragm 10 is displaced according to the external pressure, the height of the cavity 6 changes, and as a result, the capacitance changes. In the structure of the semiconductor pressure sensor in the first embodiment, a change in external pressure is detected as a change in capacitance.
[0029]
FIG. 2 is a process diagram of the manufacturing method of the semiconductor pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, first, in FIG. 2A, impurities are selectively implanted into the surface of the Si substrate 1 by ion implantation or the like, and an impurity diffusion region 2 is formed by heat treatment. This impurity diffusion region 2 becomes a lower electrode.
[0030]
Thereafter, a structure 3 in which a plurality of trenches (grooves) or a plurality of holes (holes) are formed in the impurity diffusion region 2 is dry-etched to form a trench width of 0.3 μm and a trench interval (between the trenches). The region width is 0.3 μm and the depth is 2 μm.
[0031]
FIG. 3 is a schematic plan view of the structure 3.
3A shows a case where a plurality of trenches 4 are formed in the impurity diffusion region 2, and FIG. 3B shows a case where a plurality of holes 5 are formed in the impurity diffusion region 2.
[0032]
The area for forming the structure 3 in the impurity diffusion region 2 is that the upper part of the structure 3 becomes the upper electrode 7. Therefore, the area for increasing the capacitance change is a 250 μm square area (250 μm × 250 μm). And
[0033]
Next, in FIG. 2B, the Si substrate 1 on which the structure 3 is formed is annealed (eg, heat treatment at 1100 ° C.) in a high temperature state, for example, in a hydrogen atmosphere or under a high vacuum. .
[0034]
When such annealing is performed, Si flows to move so as to minimize the surface area, so that a cavity 6 depending on the pattern of the structure 3 formed inside the Si substrate 1 is formed. The cavity 6 is used as a pressure reference chamber, and a part of the wall forming the pressure reference chamber is used as a diaphragm 10.
[0035]
By forming the structure 3 with the above dimensions, the lateral dimension of the cavity 6 is approximately 200 μm, the height dimension is 0.8 m, and the thickness of the diaphragm 10 is approximately 1 μm.
[0036]
Note that if the Si substrate 1 having the structure 3 in which a plurality of trenches or holes are formed is annealed in a high temperature state without oxidizing the surface, a cavity is formed in the impurity diffusion region 2 for different purposes. However, it is known in the field related to the manufacturing method of transistors.
[0037]
Next, in FIG. 2C, impurities are selectively introduced onto the diaphragm portion 10 by ion implantation or the like and diffused by heat treatment to form a high-concentration impurity diffusion region 7. This impurity diffusion region 7 becomes the upper electrode.
[0038]
Next, in FIG. 2D, an insulating layer 8 such as an oxide film or a nitride film is formed on the surface of the Si substrate 1 by a CVD method or the like, contact holes are formed by photoetching, and a metal film such as Al is formed. And metal wiring 9 is formed.
[0039]
As described above, the semiconductor pressure sensor according to the first embodiment of the present invention is manufactured.
[0040]
As described above, in the first embodiment of the present invention, by forming a plurality of trenches or holes in the impurity diffusion region 2 (1 step) and performing annealing (2 steps), the pressure reference chamber and the diaphragm portion are formed. Can be formed simultaneously.
[0041]
On the other hand, in the conventional technique, an insulating film is formed in the impurity diffusion region (1 step), an opening is formed in this insulating film (2 steps), and the cavity (pressure) is formed by etching from this opening. A reference chamber) was formed (3 steps), and the formed opening had to be sealed (4 steps).
[0042]
Therefore, according to the first embodiment of the present invention, a semiconductor pressure sensor capable of simplifying the manufacturing process, reducing cost, having high mechanical strength, and capable of measuring with high accuracy and a method for manufacturing the same are realized. can do.
[0043]
In addition, since a pressure sensor such as a diaphragm is formed on the surface of the semiconductor substrate, a reference pressure chamber is formed at the same time, so a large number of semiconductor pressure sensors can be manufactured simultaneously with the badge processing of the Si wafer, and the cost can be reduced. It becomes.
[0044]
In addition, since it matches a normal Si wafer process, a circuit for processing the sensor output can be easily integrated on the same chip.
[0045]
In addition, the diaphragm part is formed of single crystal silicon of the same material as the substrate, and the cavity part for forming the diaphragm is formed by reflow of Si atoms, so the corner part of the cavity part is rounded, Since the structure is such that stress is not easily concentrated on the diaphragm support portion, a semiconductor pressure sensor having high mechanical strength can be manufactured.
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. This second embodiment detects a change in pressure as a resistance change of a piezoresistor formed on a diaphragm. is there.
[0047]
In FIG. 4, similarly to the manufacturing process shown in FIG. 2, a plurality of trenches and the like are formed on the Si substrate 1 and annealed to form the cavity 6.
[0048]
A piezoresistor 11 using a diffused resistor is formed in the diaphragm 10 on the cavity 6. A surface insulating layer 12 for protecting the surface is formed on the surface of the piezoresistor 11. A contact hole is formed in a part of the surface insulating layer 12, and the piezoresistor 11 is connected to the metal wiring 13.
[0049]
Similarly to the first embodiment shown in FIG. 1, the second embodiment shown in FIG. 4 has the cavity 6 as a reference pressure chamber, and the diaphragm 10 is displaced according to the external pressure applied. For example, when the external pressure increases, the diaphragm 10 bends toward the Si substrate 1 side.
[0050]
Thus, if the diaphragm 10 bends, stress will generate | occur | produce in the diaphragm 10, As a result, the resistance value of the piezoresistor 11 formed in the surface of the diaphragm 10 will change, and pressure can be detected by it.
[0051]
FIG. 5 is a diagram showing the steps of the method for manufacturing the semiconductor pressure sensor according to the second embodiment of the present invention shown in FIG.
[0052]
5, first, in FIG. 5A, a structure 3 such as a plurality of trenches or holes is formed on the surface of the Si substrate 1 by a dry etching method.
[0053]
Next, in FIG. 5B, the Si substrate 1 on which the structure 3 is formed is annealed in a state where the surface is not oxidized at a high temperature, for example, in a hydrogen atmosphere or under a high vacuum.
[0054]
When such annealing is performed, as described above, since Si flows to move to minimize the surface area, the cavity 6 depending on the pattern of the structure 3 formed inside the Si substrate 1 is formed. The
[0055]
Next, in FIG. 5C, an impurity diffusion layer is formed on the Si substrate 1 by ion implantation or the like, and a piezoresistor 11 is formed.
[0056]
Next, in FIG. 5D, a surface insulating layer 12 is formed on the surface of the Si substrate 1 by using a CVD method or the like, and then contact holes are formed in a part of the formed surface insulating layer 12 by photoetching. After that, the metal wiring 13 is formed.
[0057]
As described above, the semiconductor pressure sensor according to the second embodiment of the present invention is manufactured.
[0058]
As described above, also in the second embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0059]
Next, an insulation separation method between the sensor unit and the peripheral circuit element will be described.
FIG. 6 is an explanatory diagram of an insulation separation method between the semiconductor pressure sensor and other elements. In this isolation method, the STI technique used in the semiconductor integrated circuit manufacturing process is used. That is, this is a technique in which a trench is formed on the surface of the Si substrate 1 and the insulating film 14 is embedded in the trench portion.
[0060]
This STI technique is suitable for the insulation of the pressure sensor part because the insulation in the depth direction can be secured. Further, compared with the conventional LOCOS separation technique, there is an advantage that the horizontal plane line can be reduced, which is suitable for high integration.
[0061]
FIG. 7 is a top view of an example in which the semiconductor pressure sensor shown in FIG. 1 or FIG. 3 is arranged on the Si substrate 1, which is an explanatory diagram of the insulation separation method between the semiconductor pressure sensor and other elements. The STI insulating portion 15 is used for insulating and separating each sensor portion 16. In the example of FIG. 7, each sensor unit 16 can detect pressure, so that it is possible to detect pressure distribution on the surface of the substrate 1.
[0062]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a relative pressure detection type pressure sensor according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, in the example shown in FIG. 1, Si is etched from the back side of the Si substrate 1 with an alkali etching solution to form an opening 24, and is opposed to the diaphragm 10 on the surface of the Si substrate 1. A diaphragm 17 is formed on the surface.
[0063]
Other configurations and manufacturing methods are the same as the example shown in FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member equivalent to the example shown in FIG.
[0064]
Next, the operation of the semiconductor pressure sensor according to the third embodiment of the present invention will be described.
In FIG. 8, the cavity 6 serves as a reference pressure chamber, and the diaphragm 10 is displaced by the pressure applied from the surface side of the Si substrate 1. Moreover, the diaphragm part 17 is displaced by the pressure applied from the back surface side of the Si substrate 1.
[0065]
Therefore, the height of the cavity 6, that is, the distance between the diaphragm 10 and the diaphragm 17 is determined by the relative difference between the pressure on the front surface side and the pressure on the back surface side of the Si substrate 1. Become.
[0066]
By detecting this relative pressure difference as a change in capacitance that is inversely proportional to the height of the cavity 6, the apparatus shown in FIG. 8 can be used as a pressure sensor for detecting relative pressure.
[0067]
As described above, in the third embodiment of the present invention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the relative pressure is detected as the change in capacitance, so that the output fluctuation with respect to the temperature is relatively small. A pressure detection sensor can be realized.
[0068]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor according to a fourth embodiment of the present invention. This fourth embodiment is an example in which another pressure sensor is formed on a diaphragm.
[0069]
In FIG. 9, the cavity 6 and the diaphragm 10 are formed in the Si substrate 1 in the same manner as the manufacturing method shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Next, after an insulating film 18 such as an oxide film is formed on the formed diaphragm portion 10 (first diaphragm), a fixed electrode 19 is formed. Then, an insulating layer 20 is further formed for insulating the fixed electrode 19. Thereafter, the movable electrode 22 (second diaphragm) having a scaffold portion is formed on the diaphragm 10.
[0070]
In this pressure sensor, a change in capacitance between the movable electrode 22 and the fixed electrode 19 is detected as a change in external pressure applied to the movable electrode 22.
[0071]
In the case of the pressure sensor having the mounting structure shown in FIG. 9, the movable electrode 22 and the fixed electrode 19 serving as a sensing portion are formed on the diaphragm 10, so that, for example, heat is applied from the outside, and the Si substrate 1 is caused by the thermal stress. Even when a strain is generated, the cavity 6 can reduce the strain, and the sensing portion is a pressure sensor that is not easily affected by the Si substrate 1 and is resistant to changes in the external environment.
[0072]
Therefore, according to the fourth embodiment of the present invention, a pressure sensor that is resistant to changes in the external environment is manufactured by simply adding a simple manufacturing process (the processes shown in FIGS. 5A and 5B). can do.
[0073]
Further, by forming the semiconductor pressure sensor on the diaphragm using the diaphragm itself of the present invention as a substrate, it is possible to realize a semiconductor pressure sensor in which the influence of distortion due to thermal stress from the substrate is reduced.
[0074]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view and a plan view of a semiconductor sensor according to a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment is an example of a semiconductor sensor that detects acceleration.
[0075]
Then, in the fifth embodiment, after forming the cavity 6 in the same manner as the manufacturing process shown in FIGS. 2A and 2B, the upper electrode portion on the diaphragm 10 is processed by photoetching, A movable electrode 25 having a cantilever structure is formed.
[0076]
Next, the operation of the semiconductor acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
In FIG. 10, when an acceleration is applied to the semiconductor acceleration sensor, the movable electrode portion 25 is displaced to the Si substrate 1 side or the opposite side because it has a cantilever structure. Here, the capacitance between the lower electrode 2 and the movable electrode 25 is inversely proportional to the height of the cavity 6, that is, the distance between the lower electrode 2 and the movable electrode 25.
[0077]
Therefore, when the movable electrode portion 25 is displaced according to the acceleration, the height of the cavity portion 6 changes, and as a result, the capacitance changes. In the structure of the fifth embodiment of the present invention, a change in acceleration is detected as a change in capacitance.
[0078]
Also in the fifth embodiment, the cavity 6 can be formed by a simple manufacturing process, and an acceleration detection sensor can be manufactured only by processing the surface of the Si substrate 1 thereafter. That is, according to the fifth embodiment of the present invention, a semiconductor acceleration sensor capable of simplifying the manufacturing process, reducing the cost, having high mechanical strength, and capable of measuring with high accuracy and a method for manufacturing the same are realized. can do.
[0079]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view and a plan view of a semiconductor sensor according to a sixth embodiment of the present invention, and this sixth embodiment is an example of an airflow sensor that detects an air flow rate.
[0080]
In FIG. 11, the cavity 6 is formed by forming a plurality of trenches or holes in the Si substrate 1 and annealing under vacuum in the same manner as the manufacturing process shown in FIGS. 5A and 5B. To do. Then, after an insulating film 12 such as an oxide film is formed on the Si substrate 1 by thermal oxidation or the like, a poly-Si film is formed, and photo-etching is performed to form the heating resistor 26.
[0081]
Next, the operation of the semiconductor airflow sensor according to the sixth embodiment of the present invention will be described.
In FIG. 11, the heating resistor 26 is heated by passing an electric current. The temperature of the heating resistor 26 is lowered by the air flow coming into contact with the heating resistor 26. However, the current flowing through the heating resistor 26 is controlled by an external circuit so that the temperature of the heating resistor 26 becomes constant. The air flow rate is converted by the change of the flowing current, and it operates as an air flow sensor.
[0082]
As described above, also in the sixth embodiment, the cavity 6 can be formed by a simple manufacturing process, and a sensor for airflow detection having a high heat insulation effect only by subsequent processing of the surface of the Si substrate 1. Can be manufactured at low cost.
[0083]
That is, according to the sixth embodiment of the present invention, since the cavity 6 is evacuated, the heating resistor 26 can suppress heat from the outside other than air to be measured by the cavity 6. The mounting structure has a high thermal insulation effect.
[0084]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the reference pressure chamber can be formed at the same time as forming the pressure detecting portion such as a diaphragm on the semiconductor substrate surface, the manufacturing process can be simplified, the cost can be reduced, and the mechanical strength can be reduced. And a manufacturing method of the semiconductor sensor capable of measuring with high accuracy and high accuracy can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a semiconductor pressure sensor manufactured by a semiconductor sensor manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram of a method for manufacturing a semiconductor pressure sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view of a structure 3 in the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a semiconductor pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a process of a method for manufacturing a semiconductor pressure sensor according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4;
FIG. 6 is an explanatory diagram of an insulation separation method between a semiconductor pressure sensor and other elements.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method for insulating and separating a semiconductor pressure sensor from other elements.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a relative pressure detection type pressure sensor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic sectional view of a semiconductor pressure sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional and plan view of a semiconductor sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional and plan view of a semiconductor sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an example of a semiconductor pressure sensor in the prior art.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of another example of a semiconductor pressure sensor in the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Si substrate 2 Impurity diffusion region (lower electrode)
3 Structure 4 Trench 5 Hole 6 Cavity 7 High-concentration impurity diffusion region (upper electrode)
8 Insulating film 9 Metal wiring 10 Diaphragm 11 Piezoresistor 12 Surface insulating layer 13 Metal wiring 14 Insulating film 15 STI insulating part 16 Sensor part 17 Diaphragm part 18 Insulating film 19 Fixed electrode 20 Insulating film 21 Scaffold 22 Movable electrode 23 Sealing part 24 Opening 25 Movable electrode (cantilever)
26 Heating resistor

Claims

In semiconductor sensors that convert mechanical displacement into electrical signals,
A plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, and a cavity is formed in the region of the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed. A semiconductor sensor characterized by forming a region.

In semiconductor pressure sensor,
A plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, and a cavity is formed in the region of the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed. A semiconductor pressure sensor characterized in that a region is formed, the hollow region is used as a pressure chamber, a part of a wall portion of the pressure chamber is used as a diaphragm portion, and a pressure is measured by displacement of the diaphragm portion.

In semiconductor acceleration sensors,
A plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, and a cavity is formed in the region of the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed. A region is formed, a part of the wall portion of the hollow region is used as a diaphragm portion, a movable electrode is formed on the diaphragm portion by etching the diaphragm portion, and acceleration is detected by displacement of the movable electrode. A semiconductor acceleration sensor.

In semiconductor airflow sensor,
A plurality of grooves or holes are formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated, and a cavity is formed in the region of the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed. A semiconductor airflow sensor characterized in that a region is formed, a part of a wall portion of the cavity region is a diaphragm portion, and a heating resistor is formed on the diaphragm portion.

4. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein corners of the hollow region are rounded with a radius of 0.3 [mu] m or more.

4. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein peripheral portions forming the cavity region are made of the same single crystal material.

2. The semiconductor sensor according to claim 1, wherein a part of the wall portion forming the hollow region is a first diaphragm, and a scaffold part to be fixed is provided on the first diaphragm, and is displaced according to a change in pressure. A semiconductor pressure sensor characterized in that a second diaphragm is formed.

In a manufacturing method of a semiconductor sensor for converting a mechanical displacement amount into an electrical signal,
Forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate;
Heat treating the semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed, and forming a cavity region in the region in which the plurality of grooves or holes are formed in the semiconductor substrate;
The manufacturing method of the semiconductor sensor characterized by the above-mentioned.

In the manufacturing method of the semiconductor pressure sensor,
Forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated to form a cavity region in the region in which the plurality of grooves or holes are formed in the semiconductor substrate, and the cavity region is used as a pressure chamber. A step of making a part of the wall portion of the pressure chamber a diaphragm portion;
The manufacturing method of the semiconductor pressure sensor characterized by the above-mentioned.

In a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor,
Forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated to form a cavity region in the region in which the plurality of grooves or holes are formed in the semiconductor substrate, and a part of the wall portion of the cavity region is a diaphragm. A process to be a part,
Etching the diaphragm part to form a movable electrode on the diaphragm part;
The manufacturing method of the semiconductor acceleration sensor characterized by the above-mentioned.

In the manufacturing method of the semiconductor airflow sensor,
Forming a plurality of grooves or holes in a predetermined region of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate in which the plurality of grooves or holes are formed is heat-treated to form a cavity region in the region in which the plurality of grooves or holes are formed in the semiconductor substrate, and a part of the wall portion of the cavity region is a diaphragm. A process to be a part,
Forming a heating resistor on the diaphragm portion;
The manufacturing method of the semiconductor airflow sensor characterized by the above-mentioned.