JP4905696B2

JP4905696B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4905696B2
Application number: JP2007101844A
Authority: JP
Inventors: 公敏佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2027-04-09
Also published as: JP2008258542A

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体基板に半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムを形成する工程を備えた半導体装置の製造方法に関するものである。

圧力センサのひとつとして、半導体圧力センサがある。たとえば、特開昭５８−３５９８２号公報によれば、半導体圧力センサは、ダイヤフラムが形成されたシリコン基板を有している。ダイヤフラム上面には拡散抵抗による歪ゲージと、この歪ゲージと接する電極とが設けられている。

半導体圧力センサのダイヤフラムの形成方法として、たとえば、特開平４−９１４３４号公報によれば、マスクが被着されたウエハの表面をエッチング液によりエッチング加工することにより、ウエハに選択的に凹部を形成する方法が知られている。１枚の半導体ウエハにはダイヤフラムに相当する多数の凹部が形成される。
特開昭５８−３５９８２号公報（図４）特開平４−９１４３４号公報

上記のダイヤフラムの形成方法においては、ダイヤフラムを形成するためのエッチングマスクの開口部のうち、ウエハ（半導体基板）の最外周側の部分でエッチングレートが部分的に速くなることがあった。この場合、形成されるダイヤフラムの特性にばらつきが生じたり、ダイヤフラムに貫通孔が形成される不良が生じたりするという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ダイヤフラムを形成するためのエッチング液を用いたエッチング工程において、ダイヤフラム部分のエッチングばらつきが抑制された半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の一の局面にしたがう半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。まず半導体基板の主面上に開口パターンを有するエッチングマスクが形成される。このエッチングマスクが形成された半導体基板がエッチング液に浸漬されて開口パターンの領域において半導体基板が厚み方向に一部エッチングされることにより、半導体基板に半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムが形成される。上記開口パターンは、ダイヤフラムを形成するための開口部と、ダイヤフラムを形成するための開口部を囲む環状の開口部とを有する。

本発明の他の局面にしたがう半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。まず半導体基板の主面上に開口パターンを有するエッチングマスクが形成される。このエッチングマスクが形成された半導体基板がエッチング液に浸漬されて開口パターンの領域において半導体基板が厚み方向に一部エッチングされることにより、半導体基板に半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムが形成される。上記開口パターンは、ダイヤフラムを形成するための開口部と、ダイヤフラムを形成するための開口部と上記主面の外縁との間に配置され、ダイヤフラムを形成するための開口部よりも面積が大きい開口部とを有する。

本発明のさらに他の局面にしたがう半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。まず半導体基板の主面上に開口パターンを有するエッチングマスクが形成される。このエッチングマスクが形成された半導体基板がエッチング液に浸漬されて開口パターンの領域において半導体基板が厚み方向に一部エッチングされることにより、半導体基板に半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムが形成される。上記開口パターンは、ダイヤフラムを形成するための開口部と、ダイヤフラムを形成するための開口部と主面の外縁との間に配置され、ダイヤフラムを形成するための開口部と同一形状の開口部と、同一形状の開口部を囲む環状の開口部とを有する。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、開口パターンはダイヤフラムを形成するための開口部以外の開口部を有している。このダイヤフラムを形成するための開口部以外の開口部は、エッチング中に半導体基板の外周側からダイヤフラムを形成するための開口部への過剰なエッチング液の供給を抑えるような形状を有している。

これにより、ダイヤフラムを形成するためのエッチングマスクの開口部のうち半導体基板の最外周側の部分でエッチングレートが部分的に速くなることを抑制できる。よって、形成されるダイヤフラムの厚みのばらつきを抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本実施の形態の半導体装置である圧力センサの主要な構成について、図１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における圧力センサの構成を概略的に示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。なお図を見やすくするために図１（ａ）においてはパッシベーション膜およびシリコン酸化膜は図示していない。

図１（ａ）および（ｂ）を参照して、圧力センサＰＳ１は、シリコン基板（半導体基板）１と、シリコン酸化膜２と、４つの拡散配線３と、４つの拡散抵抗４と、４つのアルミ電極５と、パッシベーション膜６と、エッチングマスク７とを有している。エッチングマスク７はシリコン基板１の主面の１つである裏面１ｂ（図中下面）上に形成されている。シリコン酸化膜２と、拡散配線３と、拡散抵抗４と、アルミ電極５と、パッシベーション膜６とは、シリコン基板１の主面の１つである表面１ｆ（図中上面）上に形成されている。

エッチングマスク７は開口パターンを有している。またエッチングマスク７の材質は、たとえば金である。シリコン基板１は、上記開口パターンに対応する位置に、凹部状に厚みが薄くなっている部分であるダイヤフラム８およびリング部１２を有している。ダイヤフラム８は厚みが薄くなっているためシリコン基板１の厚み方向の外力により変形することができる。リング部１２の部分のシリコン基板１の厚みは、ダイヤフラム８の部分よりも厚くなっている。

拡散抵抗４はシリコン基板１の表面１ｆ上においてダイヤフラム８のエッジ部分に対応する位置に形成されている。拡散抵抗４は拡散配線３によってブリッジ結線されている。アルミ電極５は、このブリッジ結線部分と電気的に接続されるように形成されている。

次に、本実施の形態の圧力センサＰＳ１の製造方法について説明する。
まず、多数の圧力センサＰＳ１（図１）を一括して形成するために、大型のシリコン基板１が準備される。この大型のシリコン基板１の表面１ｆ側に、図１に示すシリコン酸化膜２と、拡散配線３と、拡散抵抗４と、アルミ電極５と、パッシベーション膜６とからなる組が多数組形成される。またこの大型のシリコン基板１の表面１ｆ側にＴＥＧ（Test Element Group)チップのためのパターンが、たとえば３つ形成される。

図２は、本発明の実施の形態１における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。図３は、本発明の実施の形態１における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された後であってエッチング開始前の様子を概略的に示す断面図である。なお、図３の断面位置は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った位置である。

図２を参照して、上記大型のシリコン基板１の裏面１ｂ（図示されている面）上に、たとえば金からなるエッチングマスク７が堆積される。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、この膜に開口パターンが設けられる。これにより開口パターンとしてダイヤフラム開口部８Ｐおよびリング開口部（環状の開口部）１２Ｐを有するエッチングマスク７が形成される。

ダイヤフラム開口部８Ｐはダイヤフラム８（図１（ａ）および（ｂ））を形成するための開口部である。リング開口部１２Ｐはリング部１２（図１（ａ）および（ｂ））を形成するための開口部である。リング開口部１２Ｐはダイヤフラム開口部８Ｐを囲む環状の形状を有している。具体的には、ダイヤフラム開口部８Ｐは直径３ｍｍの円状であり、リング開口部１２Ｐは幅１５０μｍのリング状である。なおＴＥＧチップ配置部分１５には開口パターンは形成されない。

エッチングマスク７のフォトリソグラフィにおいては、拡散抵抗４がダイヤフラム開口部８Ｐのエッジ部に対応する位置となるように露光位置合わせが行なわれる。またリング開口部１２Ｐはアルミ電極５に対応する位置から外れた位置に形成される。

図３を参照して、ワックス１０によりシリコン基板１の表面１ｆおよび側面が保護される。さらにこのワックス１０を介してシリコン基板１の表面１ｆおよび側面のそれぞれに、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製のＳＵＳプレート９およびＳＵＳリング１１の各々が取り付けられる。なおシリコン基板１のワックス１０により保護された部分はエッチング液から保護される。

次に、シリコン基板１がエッチング液に浸漬される。エッチング液としては、たとえば混酸エッチング液が用いられる。なお浸漬時のシリコン基板１の姿勢としては、裏面１ｂが鉛直上方から１０〜４０°傾斜した姿勢とされる。

シリコン基板１はエッチング液中で裏面１ｂに交差する軸周りに回転される。具体的には、たとえば薄い円板状のシリコン基板１が基板面中心を通る基板面に垂直な軸周りに毎分０．２回転で回転される。これによりシリコン基板１の裏面１ｂとエッチング液との間に、裏面１ｂに交差する軸周りの相対的な回転運動が与えられる。この相対的な回転運動により、図２の破線矢印のように、裏面１ｂにおいてシリコン基板１の外周側から中央側へ流れ込むような渦状のエッチング液の流れが生じる。なおエッチング液の流れが回転運動に起因しているため、この流れはシリコン基板１の外周側ほど速い。

図４は、本発明の実施の形態１における圧力センサの製造工程のダイヤフラム形成工程におけるエッチング終了直前の状態を概略的に示す断面図である。なお、図４の断面位置は、図３と同一である。

図４を参照して、図中破線で示す流れを有するエッチング液により、エッチングマスク７の開口パターンであるダイヤフラム開口部８Ｐおよびリング開口部１２Ｐの領域において、シリコン基板１が厚み方向に一部エッチングされる。

シリコン基板１の外周側（ＳＵＳリング１１の側）から中央側へと流れこむエッチング液は、まず図中矢印Ｆ₀で示すように、リング開口部１２Ｐおよびリング部１２からなる凹部を経由する。その後、矢印Ｆ_iに示すように、ダイヤフラム開口部８Ｐのうちシリコン基板１の最外周側の部分に入り込み、ダイヤフラム８のエッチングが行なわれる。

上記のエッチングによりダイヤフラム８が形成された後、シリコン基板１からワックス１０と、ＳＵＳプレート９と、ＳＵＳリング１１とが除去される。そしてシリコン基板１がダイシングされて、図１（ａ）および（ｂ）に示す圧力センサＰＳ１が得られる。

次に、比較例における圧力センサの製造方法について、図５〜図８を用いて説明する。
図５は、比較例における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。図６は、比較例における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された後であってエッチング開始前の様子を概略的に示す断面図である。なお、図６の断面位置は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った位置である。

図５および図６を参照して、比較例においては、本実施の形態と異なり、リング開口部１２Ｐ（図２および図３）が形成されない。なお、本比較例のこれ以外の構成は上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７は、比較例における圧力センサの製造工程のダイヤフラム形成工程におけるエッチング終了直前の状態を概略的に示す断面図である。なお、図７の断面位置は、図６と同一である。図７を参照して、シリコン基板１の外周側（ＳＵＳリング１１の側）から中央側へと流れこむエッチング液は、図中矢印Ｆ₀で示すように、直接、ダイヤフラム開口部８Ｐのうちシリコン基板１の最外周側の部分に入り込み、ダイヤフラム８のエッチングが行なわれる。このため、この部分は他の部分よりもエッチング液が過剰に供給されてエッチングレートが速くなり、深くエッチングされる。極端な場合、この部分に穴開き１７が生じる。

図８は、比較例における圧力センサの製造工程のダイヤフラム形成工程におけるエッチング終了直前の状態を概略的に示す断面図であり、図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った位置の断面図である。

図８を参照して、ＴＥＧチップ配置部分１５の領域は平坦であるため、エッチング液の流れが速くなっていく。この流れが速くなったエッチング液が、図中矢印Ｆｔで示すように、ＴＥＧチップ配置部分１５の内周側（図中右側）のダイヤフラム開口部８Ｐのうちシリコン基板１の外周側（図中左側）の部分に入り込み、ダイヤフラム８のエッチングが行なわれる。このため、この部分は他の部分よりもエッチング液が過剰に供給されてエッチングレートが速くなり、深くエッチングされる。極端な場合、この部分に穴開き１７が生じる。

図９は、実施の形態１におけるエッチングマスク上でのエッチング液の流れ（ａ）および比較例におけるエッチングマスク上でのエッチング液の流れ（ｂ）を概略的に示す平面図である。

図９（ａ）を参照して、本実施の形態においては、シリコン基板１の外周側から開口パターンへと図中矢印Ｆ₀で示すようにエッチング液が流れこむ。エッチング液は、まずリング開口部１２Ｐ部分に到達し、図中矢印Ｆrで示すようにリング開口部１２Ｐのリング状形状に沿って一部分流される。この分流作用により流れが緩和された後に、図中矢印Ｆ_iで示すようにエッチング液がダイヤフラム開口部８Ｐに流れ込む。よってダイヤフラム開口部８Ｐへの局所的に過多なエッチング液の流入がない。よってダイヤフラム８の均一形成が可能となる。

図９（ｂ）を参照して、比較例においては上記のような緩和なしに、エッチング液がダイヤフラム開口部８Ｐに流れ込む。よってダイヤフラム開口部８Ｐへ局所的に過多なエッチング液が流入する。よって形成されるダイヤフラム８のばらつきが大きくなる。

次に本実施の形態の圧力センサＰＳ１の製造工程におけるリング開口部１２Ｐの最適な寸法の検討結果について詳細に説明する。なおダイヤフラム開口部８Ｐは直径３ｍｍの円状とされた。

図１０は、本発明の実施の形態１における圧力センサの製造方法に用いられるエッチングマスクのリング開口部のリング幅と、リング開口部におけるエッチングレートとの相関の例を示すグラフ（ａ）およびエッチングレートの測定点を示す平面図（ｂ）である。なお測定は異なる３組の圧力センサのそれぞれに対して行なわれ、その結果はグラフにおける、丸、三角、四角の３形状のマーカーの各々で表わされている。

図１０（ａ）および（ｂ）を参照して、リング開口部１２Ｐのリング幅ＷＲが５０、１００、１５０および２００μｍのそれぞれの場合について、リング開口部１２Ｐ内の測定点ＭＲにおけるエッチングレートの測定が行なわれた。その結果、リング幅ＷＲが広くなるとリング開口部１２Ｐにおけるエッチングレートが増加することが分かった。

図１１は、本発明の実施の形態１におけるエッチングマスクのリング開口部のリング幅と、ダイヤフラム開口部の中央部におけるエッチングレートとの相関の例を示すグラフ（ａ）およびエッチングレートの測定点を示す平面図（ｂ）である。なお測定は異なる３組の圧力センサのそれぞれに対して行なわれ、その結果はグラフにおける、丸、三角、四角の３形状のマーカーの各々で表わされている。

図１１（ａ）および（ｂ）を参照して、リング開口部１２Ｐのリング幅ＷＲが５０、１００、１５０および２００μｍのそれぞれの場合について、ダイヤフラム開口部８Ｐの中央部の測定点ＭＣにおけるエッチングレートの測定が行なわれた。その結果、リング幅ＷＲが広くなると、ダイヤフラム開口部８Ｐ中央部の測定点ＭＣにおけるエッチングレートは微減する傾向が見られた。なおグラフのリング幅０μｍの位置に、リング開口部１２Ｐが形成されない比較例における測定結果を示す。

図１０（ａ）および図１１（ａ）を参照して、リング開口部１２Ｐにおけるエッチングレートをダイヤフラム開口部８Ｐの中央部におけるエッチングレートよりも遅くするためには、リング幅ＷＲが１５０μｍ以下であることが好ましいことが分かった。なおリング開口部１２Ｐにおけるエッチングレートがダイヤフラム開口部８Ｐの中央部におけるエッチングレートよりも速いと、高い剛性でダイヤフラム８の周囲を保持することができなくなったり、リング部１２が深くエッチングされ過ぎて穴が空いたりする。

図１２は、本発明の実施の形態１におけるエッチングマスクのリング開口部のリング幅と、ダイヤフラム開口部におけるエッチングレートのばらつきとの相関の例を示すグラフ（ａ）およびエッチングレートの測定点を示す平面図（ｂ）である。なお測定は異なる３組の圧力センサのそれぞれに対して行なわれ、その結果はグラフにおける、丸、三角、四角の３形状のマーカーの各々で表わされている。またエッチングレートのばらつきの数値は、中央部の測定点ＭＣの１ヶ所と外周部の測定点ＭＥの４箇所との計５ヶ所の測定結果の最大値と最小値との差分である。

図１２（ａ）および（ｂ）を参照して、グラフの横軸が０に対応する測定結果は、リング開口部１２Ｐが形成されなかった比較例の場合を示している。この場合、ばらつきの値は約３０μｍであり、大きなばらつきが生じた。これに対してリング開口部１２Ｐが形成されるとばらつきが低減された。またリング幅ＷＲが広いほどばらつきが抑制された。

図１３は、図１１（ａ）および図１２（ａ）のグラフに相当する検討結果がまとめられたグラフである。図１３を参照して、リング開口部１２Ｐが設けられることにより、ばらつきが抑制されることが分かった。またリング幅ＷＲが広くされることにより、ばらつきがさらに抑制されることがわかった。またリング幅ＷＲが広くされると、ダイヤフラム開口部８Ｐ中央部の測定点ＭＣにおけるエッチングレートが低下する傾向が見られた。

以上、図１０〜図１３に示す検討結果から、リング幅ＷＲは、たとえば１５０μｍが適正値であることが分かった。リング幅ＷＲが、たとえば１５０μｍとされれば、リング開口部１２Ｐにおけるエッチングレートがダイヤフラム開口部８Ｐの中央部よりも小さくなり、かつダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきを大きく抑制することができる。

本実施の形態によれば、図２に示すようにエッチングマスク７はリング開口部１２Ｐを有しているので、図９に示すようにシリコン基板１の外周側から流入する過剰なエッチング液がリング開口部１２Ｐにより分流される。これにより過剰なエッチング液がダイヤフラム開口部８Ｐのエッジに流れ込むことが防止され、図１３の、たとえばリング幅１５０μｍのデータに示すようにダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきを抑制することができる。

またシリコン基板１はエッチング液中で裏面１ｂに交差する軸周りに回転される。具体的には、たとえばシリコン基板１が基板面中心を通る基板面に垂直な軸周りに回転される。これによりシリコン基板１の裏面１ｂとエッチング液との間に、裏面１ｂに交差する軸周りの相対的な回転運動が与えられる。この相対的な回転運動により、図２の破線矢印のように、裏面１ｂにおいてシリコン基板１の外周側から中央側へ流れ込むようなエッチング液の流れが生じる。上記エッチング液の流れがあることにより、シリコン基板１の被エッチング面に常にエッチング液が供給され、効率的にエッチングを行なうことができる。

またリング部１２はダイヤフラム８とは分離されて形成されている。これにより、リング部１２がセンサ特性に直接影響してしまうことを抑制することができる。

（実施の形態２）
図１４は、本発明の実施の形態２における圧力センサの構成を概略的に示す上面図である。なお図を見やすくするために図１４においてはパッシベーション膜およびシリコン酸化膜は図示していない。図１４を参照して、本実施の形態の圧力センサＰＳ２のシリコン基板１は、実施の形態１におけるダイヤフラム８およびリング部１２を有し、さらにダイヤフラム８とリング部１２とを連結する凹部７１を有している。

図１５は、本発明の実施の形態２における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す部分平面図である。図１５を参照して、本実施の形態のエッチングマスク７は、実施の形態１におけるダイヤフラム開口部８Ｐおよびリング開口部１２Ｐを有し、さらにダイヤフラム開口部８Ｐとリング開口部１２Ｐとを連結する開口部７１Ｐを有している。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、図１５に示すように、エッチングマスク７はダイヤフラム開口部８Ｐとリング開口部１２Ｐとを連結する開口部７１Ｐを有している。この連結する開口部７１Ｐによりエッチング液の流れが制御されるため、実施の形態１に比して、ダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきをさらに抑制することができる。

（実施の形態３）
図１６は、本発明の実施の形態３における圧力センサの構成を概略的に示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。なお図を見やすくするために図１６（ａ）においてはパッシベーション膜およびシリコン酸化膜は図示していない。

図１６（ａ）および（ｂ）を参照して、本実施の形態の圧力センサＰＳ３のシリコン基板１は、リング部１２が第１リング部１２Ａおよび第２リング部１２Ｂからなる。すなわちリング部１２が二重の環状形状を有している。

図１７は、本発明の実施の形態３における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。図１７を参照して、エッチングマスク７は、リング開口部１２Ｐとして、第１リング開口部１２ＰＡおよび第２リング開口部１２ＰＢの二重の環状の開口部を有している。

本実施の形態によれば、図１７に示すように、エッチングマスク７は、リング開口部１２Ｐとして、第１リング開口部１２ＰＡおよび第２リング開口部１２ＰＢの二重の環状の開口部を有している。これにより、ダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきを、リング開口部１２Ｐが一重の場合に比して、より抑制することができる。

なおリング開口部１２Ｐが二重にされずに一重のままリング幅ＷＲが広げられてもエッチングばらつきを抑制することができるが、図１０に示すように、リング開口部１２Ｐにおけるエッチングレートが速くなり、ダイヤフラム８の周囲全体を高い剛性で保持できなくなったり、シリコン基板１の穴開き１７が発生したりする。

（実施の形態４）
図１８は、本発明の実施の形態４における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。図１８を参照して、エッチングマスク７は、ダイヤフラム開口部８Ｐを基板の中央側に複数有している。さらにエッチングマスク７は、このダイヤフラム開口部８Ｐとシリコン基板１の外縁との間に、複数の大面積開口部８９Ｐを有している。すなわちシリコン基板１の最外周に沿って複数の大面積開口部８９Ｐが配されている。この大面積開口部８９Ｐは、ダイヤフラム開口部８Ｐよりも面積が大きい。

図１８におけるシリコン基板１の大面積開口部８９Ｐが配置された部分からは、エッチング工程により、図１９（ａ）および（ｂ）に示すダミーチップＤＭ４が形成される。ダミーチップＤＭ４のシリコン基板１は、大面積開口部８９Ｐの位置に凹部８９を有している。このダミーチップＤＭ４は圧力センサとしては用いられない。

本実施の形態によれば、図１８に示すように、エッチングマスク７は、ダイヤフラム開口部８Ｐとシリコン基板１の外縁との間に、大面積開口部８９Ｐを有している。これにより、シリコン基板１の外周側からのエッチング液の流れが大面積開口部８９Ｐにより拡散される。よって過剰なエッチング液がダイヤフラム開口部８Ｐのシリコン基板１の外周側のエッジに流れ込むことが防止され、ダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきを抑制することができる。

また大面積開口部８９Ｐはダイヤフラム開口部８Ｐよりも面積が大きいことにより、大面積開口部８９Ｐにおけるシリコン基板１のエッチングレートが抑制される。よってエッチングレートが速くなり易いシリコン基板１の最外周側において、シリコン基板１の穴開きが発生することが防止される。これによりシリコン基板１の穴開きによるエッチング工程中のトラブル（シリコン基板１のＳＵＳプレート９からの脱落など）を防止することができる。

またエッチング工程の安定化のために設けられるエッチングマスク７の開口パターン（大面積開口部８９Ｐ）はダミーチップＤＭ４が形成される領域に設けられる。よって大面積開口部８９Ｐが、形成される圧力センサの特性に直接影響を与えないようにすることができる。

（実施の形態５）
図２０は、本発明の実施の形態５における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。図２０を参照して、エッチングマスク７は、ダイヤフラム開口部８Ｐとシリコン基板１の外縁との間に、複数のダミーダイヤフラム開口部８０Ｐを有している。すなわちシリコン基板１の最外周に沿って複数のダミーダイヤフラム開口部８０Ｐが配されている。このダミーダイヤフラム開口部８０Ｐは、ダイヤフラム開口部８Ｐと同一の形状を有している。さらにエッチングマスク７は、このダミーダイヤフラム開口部８０Ｐを囲む環状の開口部であるリング開口部１２Ｐを有している。

図２０におけるシリコン基板１のそれぞれのダミーダイヤフラム開口部８０Ｐが配置された部分からは、エッチング工程により、図２１に示すダミーチップＤＭ５が形成される。ダミーチップＤＭ５のシリコン基板１は、ダミーダイヤフラム開口部８０Ｐの位置に凹部８０を有している。またダミーチップＤＭ５のシリコン基板１は、ダミーダイヤフラム開口部８０Ｐを囲むリング開口部１２Ｐの位置に凹部であるリング部１２を有している。このダミーチップＤＭ５は圧力センサとしては用いられない。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態４の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、図２０に示すように、エッチングマスク７は、ダイヤフラム開口部８Ｐとシリコン基板１の外縁との間に、ダミーダイヤフラム開口部８０Ｐおよびリング開口部１２Ｐを有している。これにより、シリコン基板１の外周側からのエッチング液の流れがダミーダイヤフラム開口部８０Ｐおよびリング開口部１２Ｐにより拡散される。よって過剰なエッチング液がダイヤフラム開口部８Ｐのシリコン基板１の外周側のエッジに流れ込むことが防止され、ダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきを抑制することができる。

またダミーダイヤフラム開口部８０Ｐがリング開口部１２Ｐに囲まれていることにより、ダミーダイヤフラム開口部８０Ｐにおけるシリコン基板１のエッチングレートのばらつきが抑制される。よってエッチングレートが速くなり易いシリコン基板１の最外周側において、シリコン基板１の穴開きが発生することを防止される。これによりシリコン基板１の穴開きによるエッチング工程中のトラブル（シリコン基板１の所定の位置からの脱落など）を防止することができる。

（実施の形態６）
図２２は、本発明の実施の形態６における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。図２２を参照して、エッチングマスク７は、ダミーダイヤフラム開口部８０Ｐとリング開口部１２Ｐとを連結する開口部７１Ｐを有している。

図２２におけるシリコン基板１のダミーダイヤフラム開口部８０Ｐが配置された部分からは、エッチング工程により、図２３に示すダミーチップＤＭ６が形成される。ダミーチップＤＭ６のシリコン基板１は、連結する開口部７１Ｐの位置に凹部７１を有している。このダミーチップＤＭ６は圧力センサとしては用いられない。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態５の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態によれば、図２２に示すように、エッチングマスク７は、ダミーダイヤフラム開口部８０Ｐとリング開口部１２Ｐとを連結する開口部７１Ｐを有している。これにより、シリコン基板１の外周側からのエッチング液の流れがダミーダイヤフラム開口部８０Ｐ、リング開口部１２Ｐおよび連結する開口部７１Ｐにより拡散される。よって過剰なエッチング液がダイヤフラム開口部８Ｐのシリコン基板１の外周側のエッジに流れ込むことが防止され、ダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきを抑制することができる。

また開口部７１Ｐによりエッチング液の流れを制御することができるため、実施の形態５に比して、ダミーダイヤフラム開口部８０Ｐにおけるエッチングばらつきをさらに抑制することができる。よって、より確実にダミーダイヤフラム開口部８０Ｐにおけるシリコン基板１の穴開きを防止し、エッチング工程中のトラブル（シリコン基板１の所定の位置からの脱落など）を防止することができる。

（実施の形態７）
図２４は、本発明の実施の形態７における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。図２４を参照して、エッチングマスク７は、ダイヤフラム開口部８Ｐとシリコン基板１の外縁との間に、複数の溝状の開口部５９Ｐを有している。すなわちシリコン基板１の最外周に沿って複数の溝状の開口部５９Ｐが配されている。

溝状の開口部５９Ｐの幅寸法（短辺の寸法）は、ダイヤフラム開口部８Ｐの最大寸法（たとえば直径寸法）よりも小さい幅を有している。たとえば、ダイヤフラム開口部８Ｐが直径３ｍｍの円形の場合、溝状の開口部５９Ｐの幅寸法は１５０μｍとすることができる。

また好ましくは、溝状の開口部５９Ｐの長さ寸法（長辺の寸法）はダイヤフラム開口部８Ｐの最大寸法よりも長い。

本実施の形態によれば、エッチングマスク７は、ダイヤフラム開口部８Ｐとシリコン基板１の外縁との間に、溝状の開口部５９Ｐを有している。これにより、シリコン基板１の外周側からのエッチング液の流れが溝状の開口部５９Ｐにより拡散される。よって過剰なエッチング液がダイヤフラム開口部８Ｐのシリコン基板１の外周側のエッジに流れ込むことが防止され、ダイヤフラム開口部８Ｐにおけるエッチングばらつきを抑制することができる。

また溝状の開口部５９Ｐがダイヤフラム開口部８Ｐの最大寸法よりも小さい幅を有していることにより、溝状の開口部５９Ｐにおけるシリコン基板１のエッチングレートが抑制される。よってエッチングレートが速くなり易いシリコン基板１の最外周側において、シリコン基板１の穴開きが発生することを防止される。これによりシリコン基板１の穴開きによるエッチング工程中のトラブル（シリコン基板１の所定の位置からの脱落など）を防止することができる。

また溝状の開口部５９Ｐは幅が狭いため、シリコン基板１上においてダイヤフラム開口部８Ｐの配置領域を実施の形態４〜６よりも広くとることができる。

今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

本発明は、半導体基板に半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムを形成する工程を備えた半導体装置の製造方法に特に有利に適用され得る。

本発明の実施の形態１における圧力センサの構成を概略的に示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。本発明の実施の形態１における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態１における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された後であってエッチング開始前の様子を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態１における圧力センサの製造工程のダイヤフラム形成工程におけるエッチング終了直前の状態を概略的に示す断面図である。比較例における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。比較例における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された後であってエッチング開始前の様子を概略的に示す断面図である。比較例における圧力センサの製造工程のダイヤフラム形成工程におけるエッチング終了直前の状態を概略的に示す断面図である。比較例における圧力センサの製造工程のダイヤフラム形成工程におけるエッチング終了直前の状態を概略的に示す断面図であり、図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った位置の断面図である。実施の形態１におけるエッチングマスク上でのエッチング液の流れ（ａ）および比較例におけるエッチングマスク上でのエッチング液の流れ（ｂ）を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態１における圧力センサの製造方法に用いられるエッチングマスクのリング開口部のリング幅と、リング開口部におけるエッチングレートとの相関の例を示すグラフ（ａ）およびエッチングレートの測定点を示す平面図（ｂ）である。本発明の実施の形態１におけるエッチングマスクのリング開口部のリング幅と、ダイヤフラム開口部の中央部におけるエッチングレートとの相関の例を示すグラフ（ａ）およびエッチングレートの測定点を示す平面図（ｂ）である。本発明の実施の形態１におけるエッチングマスクのリング開口部のリング幅と、ダイヤフラム開口部におけるエッチングレートのばらつきとの相関の例を示すグラフ（ａ）およびエッチングレートの測定点を示す平面図（ｂ）である。図１１（ａ）および図１２（ａ）のグラフに相当する検討結果がまとめられたグラフである。本発明の実施の形態２における圧力センサの構成を概略的に示す上面図である。本発明の実施の形態２における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態３における圧力センサの構成を概略的に示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。本発明の実施の形態３における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態４における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態４における圧力センサの製造工程において形成されるダミーチップの概略的な平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。本発明の実施の形態５における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態５における圧力センサの製造工程において形成されるダミーチップの概略的な平面図である。本発明の実施の形態６における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態６における圧力センサの製造工程において形成されるダミーチップの概略的な平面図である。本発明の実施の形態７における圧力センサの製造工程においてシリコン基板にエッチングマスクが形成された様子を概略的に示す平面図である。

符号の説明

ＤＭ４，ＤＭ５，ＤＭ６ダミーチップ、ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３圧力センサ、１シリコン基板、２シリコン酸化膜、３拡散配線、４拡散抵抗、５アルミ電極、６パッシベーション膜、７エッチングマスク、８ダイヤフラム、８Ｐダイヤフラム開口部、９ＳＵＳプレート、１０ワックス、１１ＳＵＳリング、１２，１２Ａ，１２Ｂリング部、１２Ｐ，１２ＰＡ，１２ＰＢリング開口部、１５ＴＥＧチップ配置部分、５９Ｐ溝状の開口部、７１，８０，８９凹部、７１Ｐ連結する開口部、８０Ｐダミーダイヤフラム開口部、８９Ｐ大面積開口部。

Claims

半導体基板の主面上に開口パターンを有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクが形成された前記半導体基板をエッチング液に浸漬させて前記開口パターンの領域において前記半導体基板を厚み方向に一部エッチングすることにより、前記半導体基板に前記半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムを形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記開口パターンは、
前記ダイヤフラムを形成するための開口部と、
前記ダイヤフラムを形成するための開口部を囲む環状の開口部とを有する、半導体装置の製造方法。
前記開口パターンが、前記ダイヤフラムを形成するための開口部と前記環状の開口部とを連結する開口部をさらに有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記環状の開口部が二重の環状形状を有する、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板の主面上に開口パターンを有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクが形成された前記半導体基板をエッチング液に浸漬させて前記開口パターンの領域において前記半導体基板を厚み方向に一部エッチングすることにより、前記半導体基板に前記半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムを形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記開口パターンは、
前記ダイヤフラムを形成するための開口部と、
前記ダイヤフラムを形成するための開口部と前記主面の外縁との間に配置され、前記ダイヤフラムを形成するための開口部よりも面積が大きい開口部とを有する、半導体装置の製造方法。
半導体基板の主面上に開口パターンを有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクが形成された前記半導体基板をエッチング液に浸漬させて前記開口パターンの領域において前記半導体基板を厚み方向に一部エッチングすることにより、前記半導体基板に前記半導体基板の厚み方向の外力により変形することができるダイヤフラムを形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記開口パターンは、
前記ダイヤフラムを形成するための開口部と、
前記ダイヤフラムを形成するための開口部と前記主面の外縁との間に配置され、前記ダイヤフラムを形成するための開口部と同一形状の開口部と、
前記同一形状の開口部を囲む環状の開口部とを有する、半導体装置の製造方法。
前記開口パターンが、前記同一形状の開口部と前記環状の開口部とを連結する開口部をさらに有する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイヤフラムを形成する工程は、前記エッチングマスクが形成された前記主面上において前記エッチング液を前記主面の外周側から中央側へ流しながら行なわれる、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイヤフラムを形成する工程は、前記エッチングマスクが形成された前記半導体基板と前記エッチング液との間に前記主面に交差する軸周りの相対的な回転運動を与えながら行なわれる、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記相対的な回転運動は、前記エッチングマスクが形成された前記半導体基板を前記軸周りに回転させることにより行なわれる、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。