JP4134367B2 - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を検出する半導体圧力センサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、半導体圧力センサにおいては、半導体基板をエッチング技術等により薄く形成してダイヤフラムを形成し、そのダイヤフラムが形成された領域にピエゾ抵抗素子を配置して、圧力を検出するようにしている。
このような半導体圧力センサにおいて、小型化を図る場合、センサの感度がダイヤフラム厚の2乗に比例するので、ダイヤフラムをできるだけ薄くする必要がある。この場合、半導体基板の裏面側からエッチングを行って薄膜化するだけでは、加工精度上の問題から膜厚制御が難しいという問題がある。
【0003】
これに対し、特開平4−181136号公報に示されるものにおいては、2つの単結晶のシリコン基板を貼り合わせて、ダイヤフラムを薄膜化したものが開示されている。具体的には、第1のシリコン基板に凹部を形成するとともにその表面に酸化膜を形成し、その後に凹部内に多結晶シリコンを埋設し、この後、第1のシリコン基板の凹部が形成された面と第2のシリコン基板の一方の面とを貼り合わせる。そして、第1のシリコン基板を研磨して凹部上を薄膜化し、第1のシリコン基板の表面から凹部に貫通するエッチング穴を形成して、凹部内の多結晶シリコンを除去するとともに、凹部内の酸化膜を除去し、最後にエッチング穴を封止して、凹部上の第1のシリコン基板をダイヤフラムとする圧力センサを構成する。このように、第1のシリコン基板を研磨して凹部上を薄膜化することによって、ダイヤフラムの膜厚を精度よく制御することができる。
【0004】
しかしながら、このものでは、凹部内に酸化膜を形成するとともに多結晶シリコンで埋設し、基板貼り合わせ後において、凹部内の多結晶シリコンおよび酸化膜を除去しており、工程が複雑になるという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、製造工程を複雑にすることなく、精度よくダイヤフラムを薄膜化できるようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明においては、第1のシリコン基板(11)の一方の面に凹部(13)を形成し、凹部(13)を埋めるように第1のシリコン基板(11)の一方の面の全面にSiO 2 からなる酸化膜(14)を形成し、第1のシリコン基板(11)と第2のシリコン基板(15)を貼り合わせ、この後、第1のシリコン基板(11)の他方の面側を研磨し、第2のシリコン基板(15)の他方の面から凹部(13)内の酸化膜(14)に達する貫通穴(20)を形成し、貫通穴(20)から凹部(13)内の酸化膜(14)を除去し、第1のシリコン基板(11)と第2のシリコン基板(15)の間に酸化膜(14)が一部残るようにするようにしたことを特徴としている。
【0006】
このように第1のシリコン基板(11)と第2のシリコン基板(15)を貼り合わせた後、第1のシリコン基板(11)の他方の面側を研磨することによって、凹部(13)上の第1のシリコン基板(11)をダイヤフラム(11a)として精度よく薄膜化することができる。また、第2のシリコン基板(15)に形成された貫通穴(20)を介して凹部(13)に埋め込まれた酸化膜(14)を除去するようにしているから、従来のような多結晶シリコンの埋設工程および凹部内の酸化膜の形成およびその除去工程が不要になり、製造工程を簡素化することができる。
【0007】
なお、上記した貫通穴(20)を形成する場合、請求項2に記載の発明のように、第2のシリコン基板(15)の他方の面から異方性エッチングを行って貫通穴(20)を形成するようにすれば、酸化膜(14)をエッチングストッパとしてエッチングを行うことができる。また、請求項3に記載の発明においては、第1のシリコン基板(11)の一方の面に凹部(13)を形成し、凹部(13)を埋めるように第1のシリコン基板(11)の一方の面の全面にSiO 2 からなる酸化膜(14)を形成し、第1のシリコン基板(11)と第2のシリコン基板(15)を貼り合わせ、この後、第1のシリコン基板(11)の他方の面側を研磨し、第1のシリコン基板(11)の他方の面から第1のシリコン基板(11)と第2のシリコン基板(15)の間に形成された酸化膜(14)に達する貫通穴(21)を形成し、貫通穴(21)から凹部(13)内の酸化膜(14)を除去し、第1のシリコン基板(11)と第2のシリコン基板(15)の間に酸化膜(14)が一部残るようにした後、貫通穴(21)を封止材(22)により封止するようにしたことを特徴としている。
【0008】
この発明においては、凹部(13)内を基準圧力室とした半導体圧力センサを製造することができ、この場合、請求項1に記載の発明と同様、精度よくダイヤフラム(11a)を薄膜化することができるとともに、製造工程を簡素化することができる。
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図1に、本発明の一実施形態にかかる半導体圧力センサの断面構成を示す。この半導体圧力センサは、単結晶の第1、第2のシリコン基板11、15が酸化膜14を介して貼り合わされて構成されている。第1のシリコン基板11には、凹部13が形成されており、第1のシリコン基板11における凹部13の上の領域が薄膜化されてダイヤフラム11aとなっている。また、第2のシリコン基板15には、凹部13に貫通する圧力導入孔20が形成されている。
【0010】
また、第1のシリコン基板11において、ダイヤフラム11aが形成されている領域(以下、ダイヤフラム領域という)には、拡散抵抗によるピエゾ抵抗素子をなす歪ゲージ16が形成されている。この歪ゲージ16は、ダイヤフラム領域に例えば4箇所形成され、Al配線18によってブリッジ回路を構成するように結線されている。
【0011】
このような構成により、圧力導入孔20から凹部13内に圧力が導入されて、ダイヤフラム11aがその圧力に応じて変位すると、歪ゲージ16の抵抗値が変化し、ダイヤフラム11aの変位に応じた電気信号が、歪ゲージ16により構成されるブリッジ回路から出力される。
この実施形態における半導体圧力センサは、凹部13上のダイヤフラム11aが、後述する製造方法に示すように研磨によって薄膜化されているため、感度が良好でかつ小型のセンサとすることができる。また、圧力導入孔20が凹部13に貫通する貫通穴として形成されており、圧力導入孔20の開口部の幅Wがダイヤフラム11aの幅より小さくなっている。このため、小型の半導体圧力センサであっても第2のシリコン基板15の裏面側の面積を大きくすることができ、第2のシリコン基板15の裏面側を台座もしくはケースに接合する場合の接合面積を大きくとることができる。例えば、シリコーン系接着剤等の接着剤によりケースに直接接合する場合には、接着面積を大きくとることができ、その接着の信頼性を十分確保することができる。
【0012】
次に、上記した半導体圧力センサの製造方法を、図2に示す工程図を参照して説明する。
〔図2(a)の工程〕
第1の単結晶シリコン基板11を用意し、この第1のシリコン基板11の一方の面にレジスト12を所定のパターンで形成する。
〔図2(b)の工程〕
レジスト12をマスクとして第1のシリコン基板11の一方の面をトレンチ加工し、溝(凹部)13を形成する。この凹部13は、半導体圧力センサのダイヤフラムとなる領域に形成される。
〔図2(c)の工程〕
第1のシリコン基板11の一方の面においてCVD法で全面に酸化膜(SiO2 )14を堆積させる。この後、酸化膜14の表面を平坦化する。この状態において、第1のシリコン基板11の一方の面には、凹部13を埋めるように全面に酸化膜14が形成される。
〔図2(d)の工程〕
第1のシリコン基板11の酸化膜14が形成された面と、第2の単結晶シリコン基板15の一方の面を貼り合わせる。
〔図3(a)の工程〕
第1のシリコン基板11の他方の面側を研磨し、凹部13の上の第1のシリコン基板11の膜厚が所望のダイヤフラム厚になるようにする。具体的には、10μm以下、好ましくは2μm程度にする。
〔図3(b)の工程〕
第1のシリコン基板11の表面にゲージ抵抗16を形成し、絶縁膜(酸化膜)17を形成した後、絶縁膜17にスルーホールを形成する。そして、ゲージ抵抗16を電気接続してブリッジ回路を形成するためにAl配線18を形成する。また、図示しないが、全面に保護膜(パッシベーション膜)を形成する。
【0013】
さらに、第2のシリコン基板15の裏面に酸化膜(又は窒化膜)19を形成する。
〔図3(c)の工程〕
第2のシリコン基板15の裏面に形成された酸化膜(又は窒化膜)19を所定のパターンに形成した後、第2のシリコン基板15の他方の面から異方性エッチングを行い、第2のシリコン基板15を貫通して凹部13内の酸化膜14に達する圧力導入孔20を形成する。この場合、異方性エッチング液としては、KOHあるいはTMAHを用い、凹部13内の酸化膜14をエッチングストッパとしてエッチングを行う。
【0014】
また、酸化膜(又は窒化膜)19の開口部パターンを適当に設定することによって、圧力導入孔20の開口部の幅Wをダイヤフラム11aの幅より小さくすることができる。
なお、第2のシリコン基板15として面方位が(100)のものを用いれば、テーパ面が(111)となり、制御性よく圧力導入孔20を形成することができる。また、第2のシリコン基板15としては面方位が(110)のものを用いてもよい。
〔図3(d)の工程〕
第2のシリコン基板15の裏面に形成された酸化膜(又は窒化膜)19を除去し、この後、第2のシリコン基板15の裏面から圧力導入孔20を介しHF等のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、凹部13内に埋め込まれた酸化膜14を除去する。なお、ウェットエッチングの代わりに、ドライエッチングを用いて行うようにしてもよい。
【0015】
このようにして図1に示す半導体圧力センサを構成することができる。
上記した実施形態においては、第2のシリコン基板15に圧力導入孔20を形成してダイヤフラム11aの上面と下面にかかる圧力の相対圧を検出するものを示したが、凹部13内を基準圧力室として絶対圧を検出するようにすることもできる。この場合の半導体圧力センサの製造方法について説明する。
【0016】
図4に、その製造工程を示す。まず、上記した実施形態における図3(a)までの工程によって、第1、第2のシリコン基板11、15を貼り合わせ、第1のシリコン基板11を研磨する。この状態を図4(a)に示す。そして、図4(b)の工程において、図3(b)の工程と同様に、ゲージ抵抗16、絶縁膜17、Al配線18などを形成する。但し、上記した実施形態のような酸化膜(又は窒化膜)19は形成しない。
【0017】
そして、図4(c)の工程において、第1のシリコン基板11の表面からトレンチ等のエッチングを行い、第1のシリコン基板11を貫通して酸化膜(第1のシリコン基板11と第2のシリコン基板15の間に形成された酸化膜)14に達する貫通穴21を形成する。この場合、ダイフラム領域の周囲の複数箇所に貫通穴21を形成する。この後、第1のシリコン基板11の表面から貫通穴21を介しHF等のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、凹部13内に埋め込まれた酸化膜14を除去する。
【0018】
この後、図4(d)の工程において、貫通穴21を封止材22によって封止して、凹部13内を基準圧力室とした半導体圧力センサを構成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる半導体圧力センサの断面構成を示す図である。
【図2】図1に示す半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図3】図2に続く工程図である。
【図4】本発明の他の実施形態にかかる半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
11…第1のシリコン基板、11a…ダイヤフラム、13…凹部、
14…酸化膜、15…第2のシリコン基板、16…歪ゲージ、
20…圧力導入孔、21…貫通穴、22…封止材。
Claims (3)
- 第1のシリコン基板(11)の一方の面に凹部(13)を形成し、
前記第1のシリコン基板(11)の前記一方の面において前記凹部(13)を埋めるように全面にSiO 2 からなる酸化膜(14)を形成し、
前記第1のシリコン基板(11)の前記酸化膜(14)が形成された面と第2のシリコン基板(15)の一方の面を貼り合わせ、
この貼り合わせ後、前記第1のシリコン基板(11)の他方の面側を研磨し、
前記第2のシリコン基板(15)の他方の面から前記第2のシリコン基板(15)を貫通して前記凹部(13)内の酸化膜(14)に達する貫通穴(20)を形成し、
前記貫通穴(20)から前記凹部(13)内の酸化膜(14)を除去し、前記第1のシリコン基板(11)と前記第2のシリコン基板(15)の間に前記酸化膜(14)が一部残るようにすることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 - 前記貫通穴(20)を形成する工程は、前記第2のシリコン基板(15)の他方の面から異方性エッチングを行って前記凹部(13)内の酸化膜(14)に達する貫通穴(20)を形成する工程であることを特徴とする請求項1に記載の半導体圧力センサの製造方法。
- 第1のシリコン基板(11)の一方の面に凹部(13)を形成し、
前記第1のシリコン基板(11)の前記一方の面において前記凹部(13)を埋めるように全面にSiO 2 からなる酸化膜(14)を形成し、
前記第1のシリコン基板(11)の前記酸化膜(14)が形成された面と第2のシリコン基板(15)の一方の面を貼り合わせ、
この貼り合わせ後、前記第1のシリコン基板(11)の他方の面側を研磨し、
前記第1のシリコン基板(11)の他方の面から前記第1のシリコン基板(11)を貫通して前記第1のシリコン基板(11)と前記第2のシリコン基板(15)の間に形成された酸化膜(14)に達する貫通穴(21)を形成し、
前記貫通穴(21)から前記凹部(13)内の酸化膜(14)を除去し、前記第1のシリコン基板(11)と前記第2のシリコン基板(15)の間に前記酸化膜(14)が一部残るようにした後、前記貫通穴(21)を封止材(22)により封止することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
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JP02134298A JP4134367B2 (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 半導体圧力センサの製造方法 |
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