JP5472020B2 - Pressure sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ダイヤフラムの変形に基づいて圧力を測定する圧力センサおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a pressure sensor that measures pressure based on deformation of a diaphragm and a method for manufacturing the same.
従来より、半導体基板の裏面に凹部を形成することにより、凹部の底面と半導体基板の表面との間の部分で構成されるダイヤフラムと、ダイヤフラムにブリッジ回路を構成するように形成したゲージ抵抗とを備えた圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, by forming a recess on the back surface of the semiconductor substrate, a diaphragm constituted by a portion between the bottom surface of the recess and the surface of the semiconductor substrate, and a gauge resistor formed so as to constitute a bridge circuit on the diaphragm A pressure sensor provided is known (for example, see Patent Document 1).
このような圧力センサは、半導体基板の裏面に接合されるガラス基板等を有しており、凹部とガラス基板との間に構成される圧力基準室を備えている。そして、測定媒体の圧力がダイヤフラムに印加されると、ダイヤフラムは印加された圧力と圧力基準室との差圧に応じて半導体基板の厚さ方向に変形する。これにより、ダイヤフラムに形成されたゲージ抵抗が変形し、ピエゾ抵抗効果によりブリッジ回路の出力電圧が変化して印加された圧力に応じたセンサ信号が出力される。 Such a pressure sensor has a glass substrate or the like bonded to the back surface of the semiconductor substrate, and includes a pressure reference chamber configured between the recess and the glass substrate. When the pressure of the measurement medium is applied to the diaphragm, the diaphragm is deformed in the thickness direction of the semiconductor substrate according to the differential pressure between the applied pressure and the pressure reference chamber. As a result, the gauge resistance formed in the diaphragm is deformed, the output voltage of the bridge circuit is changed by the piezoresistance effect, and a sensor signal corresponding to the applied pressure is output.
上記圧力センサは、通常ウェハ状態で製造され、最後にチップ単位に分割することにより製造される。すなわち、ウェハを用意し、各チップ形成領域に異方性エッチングを行うことにより凹部を形成して、凹部の底面とウェハの表面との間の部分で構成されるダイヤフラムを形成する。続いて、各ダイヤフラムにゲージ抵抗を形成した後、ウェハをチップ単位に分割することにより製造される。 The pressure sensor is normally manufactured in a wafer state, and is finally manufactured by dividing into chips. That is, a wafer is prepared, and a recess is formed by performing anisotropic etching in each chip formation region to form a diaphragm constituted by a portion between the bottom surface of the recess and the surface of the wafer. Subsequently, after a gauge resistor is formed on each diaphragm, the wafer is manufactured by dividing the wafer into chips.
しかしながら、上記圧力センサは、凹部がウェハの裏面を異方性エッチングすることにより形成されるため、各チップ形成領域に形成される凹部の深さがばらつくことがあり、ダイヤフラムの厚さにばらつきがでてしまうという問題がある。異方性エッチングは平面方向の精度に対して深さ方向の加工精度が低いためである。また、ウェハ自体の厚さのばらつきによってもダイヤフラムの厚さがばらつくことになる。 However, in the pressure sensor, since the recess is formed by anisotropically etching the back surface of the wafer, the depth of the recess formed in each chip formation region may vary, and the thickness of the diaphragm varies. There is a problem of going out. This is because anisotropic etching has lower processing accuracy in the depth direction than in the planar direction. In addition, the thickness of the diaphragm varies due to variations in the thickness of the wafer itself.
本発明は上記点に鑑みて、ダイヤフラムの厚さのばらつきを抑制することのできる圧力センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the pressure sensor which can suppress the dispersion | variation in the thickness of a diaphragm, and its manufacturing method in view of the said point.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、異方性エッチングによって第１凹部（１３）が形成された一面（１１）を有する第１基板（１０）と、第１凹部（１３）が密閉空間となるように第１基板（１０）の一面（１１）に接合された一面（２１）を有する第２基板（２０）と、を備え、第１凹部（１３）は、測定媒体の圧力に応じて変形可能な側面を有しており、第１基板（１０）には、側面の変形に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗（４０）が設けられていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first substrate (10) having one surface (11) on which the first recess (13) is formed by anisotropic etching, and the first recess (13). ) And a second substrate (20) having one surface (21) joined to one surface (11) of the first substrate (10) so as to be a sealed space, and the first recess (13) is a measurement medium The first substrate (10) is provided with a gauge resistor (40) whose resistance value changes according to the deformation of the side surface. .
このような圧力センサでは、第１凹部（１３）は、測定媒体の圧力に応じて変形可能な側面を有している。すなわち、当該側面を含んでダイヤフラム（３０）が構成される。このため、ダイヤフラム（３０）の厚さにはウェハの厚さや異方性エッチングの深さ方向の加工精度が影響せず、深さ方向より高精度な平面方向の加工精度のみが影響する。したがって、従来の圧力センサのように、異方性エッチングにより形成された凹部の底面と基板の表面との間の部分にてダイヤフラムを形成する場合と比較して、ダイヤフラム（３０）の厚さがばらつくことを抑制することができる。 In such a pressure sensor, the first recess (13) has a side surface that can be deformed according to the pressure of the measurement medium. That is, a diaphragm (30) is comprised including the said side surface. For this reason, the thickness of the diaphragm (30) is not affected by the processing accuracy in the depth direction of the wafer or anisotropic etching, but only by the processing accuracy in the plane direction, which is higher than the depth direction. Therefore, as compared with the case where the diaphragm is formed at a portion between the bottom surface of the recess formed by anisotropic etching and the surface of the substrate as in the conventional pressure sensor, the thickness of the diaphragm (30) is smaller. The variation can be suppressed.
例えば、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、側面と当該側面の裏面とを互いに平行とすることができ、側面と裏面との間の部分を含んでダイヤフラム（３０）を構成することができる。
For example, as in the invention described in claim 2, in the invention described in
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の発明において、側面の裏面が測定媒体に晒されるものとすることができる。
Further, as in the invention described in claim 3, in the invention described in
そして、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発明において、側面の裏面を第１基板（１０）の端面とすることができる。
And like invention of Claim 4, in invention of any one of
また、請求項５に記載の発明のように、請求項２に記載の発明において、第１凹部（１３）に加えて、第１基板（１０）における一面（１１）に、測定媒体の圧力に応じて変形可能な側面の裏面を構成する第２凹部（１５）を異方性エッチングにより形成してダイヤフラム（３０）を構成し、第１基板（１０）における一面（１１）と反対側の他面（１２）に、第２凹部（１５）と外部とを連通する貫通孔（１６）を形成することができる。 Further, as in the invention described in claim 5, in the invention described in claim 2, in addition to the first recess (13), the surface (11) of the first substrate (10) is subjected to the pressure of the measurement medium. Accordingly, the second concave portion (15) constituting the back surface of the deformable side surface is formed by anisotropic etching to constitute the diaphragm (30), and the other side of the first substrate (10) opposite to the one surface (11) A through hole (16) that allows the second recess (15) to communicate with the outside can be formed in the surface (12).
このような圧力センサでは、測定媒体は貫通孔（１６）を介して第２凹部（１５）に導入され、第２凹部（１５）に導入された測定媒体の圧力に基づいてダイヤフラム（３０）が変形する。このため、第２凹部（１５）および貫通孔（１６）が形成されていない圧力センサと比較して、測定媒体の圧力がそのままダイヤフラム（３０）に印加されることを抑制することができ、測定媒体に含まれる異物等が直接ダイヤフラム（３０）に衝突してダイヤフラム（３０）が破壊されることを抑制することができる。 In such a pressure sensor, the measurement medium is introduced into the second recess (15) through the through hole (16), and the diaphragm (30) is moved based on the pressure of the measurement medium introduced into the second recess (15). Deform. For this reason, it can suppress that the pressure of a measurement medium is applied to a diaphragm (30) as it is compared with the pressure sensor in which the 2nd recessed part (15) and a through-hole (16) are not formed, and measurement. It is possible to prevent the foreign matter contained in the medium from directly colliding with the diaphragm (30) and destroying the diaphragm (30).
また、請求項６に記載の発明のように、請求項２に記載の発明において、第１基板（１０）に、測定媒体の圧力に応じて変形可能な側面を有する第１凹部（１３）を複数形成すると共に、複数の第１凹部（１３）の側面のそれぞれの変形に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗（４０）を複数形成し、ダイヤフラム（３０）を、複数の第１凹部（１３）の側面と、当該側面の裏面との間の部分を含んで複数形成することができる。 Further, as in the invention described in claim 6, in the invention described in claim 2 , the first substrate (10) is provided with the first recess (13) having a side surface that can be deformed according to the pressure of the measurement medium. A plurality of gauge resistors (40) whose resistance values change according to the deformation of the side surfaces of the plurality of first recesses (13) are formed, and the diaphragm (30) is replaced with the plurality of first recesses (13 ) And a portion between the side surface and the back surface of the side surface.
この場合、請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の発明において、複数のダイヤフラム（３０）をそれぞれ同じ厚さとし、かつ測定媒体を受圧する面積を等しくすることができる。このような圧力センサでは、一つのダイヤフラム（３０）が破壊されたとしても、残りのダイヤフラム（３０）で測定媒体の圧力を測定することができる。 In this case, as in the invention described in claim 7, in the invention described in claim 6, the plurality of diaphragms (30) can have the same thickness, and the area for receiving the measurement medium can be made equal. In such a pressure sensor, even if one diaphragm (30) is destroyed, the pressure of the measurement medium can be measured with the remaining diaphragm (30).
また、請求項８に記載の発明のように、請求項６に記載の発明において、複数のダイヤフラム（３０）をそれぞれ厚さの異なるものとすることができる。さらに、請求項９に記載の発明にように、請求項６に記載の発明において、複数のダイヤフラム（３０）の測定媒体を受圧する面積をそれぞれ異ならせることができる。
Further, as in the invention described in
これら請求項８および９に記載の圧力センサでは、複数のダイヤフラム（３０）の厚さがそれぞれ異なっているか、または、測定媒体を受圧する面積がそれぞれ異なっているため、各ダイヤフラム（３０）で異なる測定レンジの圧力を測定することができる。 In the pressure sensors according to the eighth and ninth aspects, the thicknesses of the plurality of diaphragms (30) are different from each other, or the areas for receiving the measurement medium are different from each other, so that the diaphragms (30) are different from each other. The pressure in the measurement range can be measured.
また、請求項１０に記載の発明のように、請求項２に記載の発明において、第２基板（２０）のうち第１基板（１０）に形成された第１凹部（１３）と対向する領域に、第１凹部（１３）の測定媒体の圧力に応じて変形可能な側面と連なっていると共に当該側面と平行とされ、測定媒体の圧力に応じて変形可能とされた側面を有する第３凹部（２３）を形成し、ダイヤフラム（３０）を、第１凹部（１３）の側面および第３凹部（２３）の側面と、第１、第３凹部（１３、２３）の側面の裏面との間の部分により構成すると共に第１基板（１０）から第２基板（２０）に渡って形成することができる。
Further, as in the invention described in
以上説明した圧力センサは以下の製造方法により製造することが可能である。 The pressure sensor described above can be manufactured by the following manufacturing method.
すなわち、請求項１１に記載の発明では、複数のチップ形成領域を有すると共に一面（１１）を有し、チップ単位に分割されたときに第１基板（１０）を構成する第１ウェハ（１０ａ）を用意する工程と、第１ウェハ（１０ａ）におけるチップ形成領域のそれぞれに一面（１１）から異方性エッチングにより第１凹部（１３）を形成する工程と、第１ウェハ（１０ａ）の一面（１１）に第２ウェハ（２０ａ）を接合して第１凹部（１３）を閉塞する工程と、第１ウェハ（１０ａ）のチップ形成領域のそれぞれに一面（１１）と反対側の他面（１２）から異方性エッチングにより、第１凹部（１３）の側面の一部と平行な側面を有する貫通トレンチ（１４）を形成して、当該側面の一部と平行な側面との間の部分で構成されるダイヤフラム（３０）を形成する工程と、ダイヤフラム（３０）にゲージ抵抗（４０）を形成する工程と、を含む工程を行うことを特徴としている。
That is, in the invention described in
このような製造方法では、異方性エッチングにより形成された第１凹部（１３）の側面の一部と、当該側面の一部と平行となる異方性エッチングにより形成された貫通トレンチ（１４）の側面との間の部分にてダイヤフラム（３０）を形成している。このため、ダイヤフラム（３０）の厚さに影響するのは、異方性エッチングの平面方向の加工精度のみであるため、ダイヤフラム（３０）の厚さがばらつくことを抑制することができる。 In such a manufacturing method, a part of the side surface of the first recess (13) formed by anisotropic etching and a through trench (14) formed by anisotropic etching parallel to a part of the side surface. The diaphragm (30) is formed in the part between the side surfaces. For this reason, since it is only the processing accuracy of the anisotropic etching in the plane direction that affects the thickness of the diaphragm (30), variation in the thickness of the diaphragm (30) can be suppressed.
例えば、請求項１２に記載の発明のように、請求項１１に記載の発明において、第１凹部（１３）を形成する工程では、一面（１１）に対して垂直な側面を有する第１凹部（１３）を形成し、ダイヤフラム（３０）を形成する工程では、一面（１１）に貫通トレンチ（１４）を形成して一面（１１）と垂直なダイヤフラム（３０）を形成し、ゲージ抵抗（４０）を形成する工程では、一面（１１）に対して所定角度傾斜した方向から不純物を貫通トレンチ（１４）内を通過させてダイヤフラム（３０）にイオン注入する工程を行うことができる。
For example, as in the invention according to
このような製造方法では、ゲージ抵抗（４０）を形成する際に、貫通トレンチ（１４）を通過させてダイヤフラム（３０）にイオン注入する工程を行うため、貫通トレンチを通過させずにゲージ抵抗を形成する場合、すなわち、一面と反対側の他面に垂直方向から第１ウェハに不純物をイオン注入する場合と比較して、加速電圧を変化させなくても所望の場所にゲージ抵抗（４０）を形成することができる。 In such a manufacturing method, when the gauge resistor (40) is formed, the step of passing ions through the through trench (14) and ion implantation into the diaphragm (30) is performed. In the case of forming, that is, compared to the case where impurities are ion-implanted into the first wafer from the direction perpendicular to the other surface opposite to the one surface, the gauge resistance (40) is formed at a desired location without changing the acceleration voltage. Can be formed.
また、請求項１３に記載の発明のように、請求項１１に記載の発明において、第１凹部（１３）を形成する工程では、一面（１１）に対して所定角度傾斜した非垂直な側面を有する第１凹部（１３）を形成し、ダイヤフラム（３０）を形成する工程では、一面（１１）に貫通トレンチ（１４）を形成して一面（１１）に対して所定角度傾斜した非垂直なダイヤフラム（３０）を形成し、ゲージ抵抗（４０）を形成する工程では、一面（１１）と反対側の他面（１２）の垂直方向から不純物をイオン注入する工程を行うことができる。
As in the invention described in
このような製造方法においても、ダイヤフラム（３０）が一面（１１）に対して所定角度傾斜しているため、ゲージ抵抗（４０）を形成する際に、加速電圧を変化させなくても所望の場所にゲージ抵抗（４０）を形成することができる。 Also in such a manufacturing method, since the diaphragm (30) is inclined at a predetermined angle with respect to the one surface (11), a desired location can be obtained without changing the acceleration voltage when forming the gauge resistor (40). A gauge resistance (40) can be formed on the substrate.
そして、請求項１４に記載の発明では、複数のチップ形成領域を有すると共に一面（１１）を有し、チップ単位に分割されたときに第１基板（１０）を構成する第１ウェハ（１０ａ）を用意する工程と、第１ウェハ（１０ａ）のチップ形成領域のそれぞれにゲージ抵抗（４０）を形成する工程と、第１ウェハ（１０ａ）のチップ形成領域のそれぞれに一面（１１）から異方性エッチングにより第１凹部（１３）を形成する工程と、第１ウェハ（１０ａ）の一面（１１）に第２ウェハ（２０ａ）を接合して第１凹部（１３）を閉塞する工程と、第１ウェハ（１０ａ）のチップ形成領域のそれぞれに一面（１１）と反対側の他面（１２）から異方性エッチングにより、第１凹部（１３）の側面の一部と平行な側面を有する貫通トレンチ（１４）を形成して、当該側面の一部と平行な側面との間の部分で構成され、ゲージ抵抗（４０）が形成されたダイヤフラム（３０）を形成する工程と、を含む工程を行うことを特徴としている。
In the invention described in
このような製造方法においても、請求項１１に記載の発明と同様に、ダイヤフラム（３０）の厚さに影響するのは、異方性エッチングの平面方向の加工精度のみであるため、ダイヤフラム（３０）の厚さがばらつくことを抑制することができる。
Also in such a manufacturing method, since the thickness of the diaphragm (30) affects only the processing accuracy in the plane direction of anisotropic etching, as in the invention described in
例えば、請求項１５に記載の発明にように、請求項１４に記載の発明において、ゲージ抵抗（４０）を形成する工程では、第１ウェハ（１０ａ）にゲージ抵抗形成用トレンチ（１７）を形成し、当該ゲージ抵抗形成用トレンチ（１７）の底面に対して不純物をイオン注入する工程を行うことができる。 For example, as in the invention of the fifteenth aspect, in the process of the invention of the fourteenth aspect, in the step of forming the gauge resistor (40), a trench for forming a gauge resistor (17) is formed in the first wafer (10a). Then, a step of ion-implanting impurities into the bottom surface of the gauge resistance forming trench (17) can be performed.
また、請求項１７に記載の発明では、複数のチップ形成領域を有すると共に一面（１１）を有し、チップ単位に分割されたときに第１基板（１０）を構成する第１ウェハ（１０ａ）を用意する工程と、第１ウェハ（１０ａ）のチップ形成領域のそれぞれに一面（１１）から異方性エッチングにより、第１凹部（１３）と、当該第１凹部（１３）の側面の一部と平行な側面を有する第２凹部（１５）を形成して、当該の側面の一部と平行な側面との間の部分で構成されるダイヤフラム（３０）を形成する工程と、ダイヤフラム（３０）にゲージ抵抗（４０）を形成する工程と、を含む工程を行うことを特徴としている。 According to a seventeenth aspect of the present invention, the first wafer (10a) has a plurality of chip formation regions and one surface (11), and forms the first substrate (10) when divided into chips. And a part of the side surface of the first recess (13) by anisotropic etching from one surface (11) to each of the chip formation regions of the first wafer (10a). Forming a second recess (15) having a side surface parallel to the surface, and forming a diaphragm (30) composed of a portion between a part of the side surface and the side surface parallel to the side surface, and the diaphragm (30) And a step of forming a gauge resistor (40).
このような製造方法においても、請求項１１に記載の発明と同様に、ダイヤフラム（３０）の厚さに影響するのは、異方性エッチングの平面方向の加工精度のみであるため、ダイヤフラム（３０）の厚さがばらつくことを抑制することができる。
Also in such a manufacturing method, since the thickness of the diaphragm (30) affects only the processing accuracy in the plane direction of anisotropic etching, as in the invention described in
そして、請求項１６に記載の発明のように、請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の発明において、第１凹部（１３）を形成する際および貫通トレンチ（１４）を形成する際には、異方性エッチングとしてドライエッチングまたはガス・クラスターエッチングを行うことができる。同様に、請求項１８に記載の発明のように、請求項１７に記載の発明において、第１、第２凹部（１３、１５）を形成する際には、異方性エッチングとしてドライエッチングまたはガス・クラスターエッチングを行うことができる。
As in the invention described in
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１（ａ）は、本実施形態における圧力センサの断面構成を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す圧力センサの平面模式図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ矢視模式図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面に相当している。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. 1A is a diagram showing a cross-sectional configuration of the pressure sensor in the present embodiment, FIG. 1B is a schematic plan view of the pressure sensor shown in FIG. 1A, and FIG. 1C is FIG. FIG. FIG. 1A corresponds to the BB cross section of FIG.
図１に示されるように、本実施形態の圧力センサは、本発明の第１基板に相当するシリコン等の第１半導体基板１０に、本発明の第２基板に相当するシリコン基板等の第２半導体基板２０が接合されて構成されている。特に限定されるものではないが、第１、第２半導体基板１０、２０は厚さが２００〜８００μｍとされ、ほぼ同じ厚さとされている。
As shown in FIG. 1, the pressure sensor according to the present embodiment includes a
第１半導体基板１０は一面１１および当該一面１１と反対側の他面１２を有しており、これら一面１１および他面１２は、（１−１０）面とされている。そして、一面１１には底面が矩形状とされ、側面が当該一面１１と垂直となる第１凹部１３が異方性エッチングにより形成されている。本実施形態では、第１凹部１３の側面の一部が測定媒体の圧力に応じて変形可能とされており、この側面と、当該側面の裏面である第１半導体基板１０の端面との間の部分によりダイヤフラム３０が構成されている。具体的には、第１凹部１３は、底面が矩形状とされているために４つの側面を有しているが、４つの側面のうちの一つの側面と、この側面の裏面との間の部分によりダイヤフラム３０が構成されている。
The
なお、本実施形態では、４つの側面のうちの一つの側面と、この側面の裏面との間の部分によりダイヤフラム３０が構成されたものを例に挙げて説明するが、例えば、第１凹部１３の各側面と、この側面のそれぞれの裏面との間にダイヤフラム３０が形成されていてもよい。
In the present embodiment, an example in which the
ダイヤフラム３０は、第１凹部１３の側面の一部と、当該側面と平行となる第１半導体基板１０の端面との間の部分にて構成されているため、（１−１０）面と垂直である（１１０）面とされている。そして、ダイヤフラム３０は、当該端面における垂直方向（図１中紙面左右方向）を厚さ方向とすると、厚さ方向に変位するようになっている。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態のダイヤフラム３０は厚さが約１０μｍとされている。
Since the
そして、ダイヤフラム３０には、一般的な圧力センサと同様に、〈１１０〉方向に長手方向を有する折り返し形状とされ、ダイヤフラム３０の変形に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗４０が四個備えられている。そして、これら各ゲージ抵抗４０は、図示しない拡散配線により接続され、当該拡散配線と共にブリッジ回路を構成している。
Then, the
各ゲージ抵抗４０は、他面１２から一面１１に向かって第１半導体基板１０の端面とほぼ平行に形成されている第１配線５０と電気的に接続されている。そして、この第１配線５０は第１半導体基板１０の他面１２側の表層部に形成された第２配線６０と電気的に接続されている。この第２配線６０は、本実施形態では、第１凹部１３を越えて、第１半導体基板１０のうちダイヤフラム３０側と反対側まで引き延ばされている。本実施形態では、これら第１、第２配線５０、６０は、不純物を拡散させて構成した拡散配線にて構成されている。
Each
第２配線６０の終端部、つまり第２配線６０のうち第１配線５０と接続される側と反対側の端部には、拡散層７０が形成されている。そして、第１半導体基板１０の他面１２には、酸化膜等で構成された図示しない保護膜が形成され、当該保護膜に形成されたコンタクトホールを介して拡散層７０と電気的に接続されるパッド８０が形成されている。
A
また、第１半導体基板１０の一面１１には、一面２１および当該一面２１と反対側の他面２２を有する第２半導体基板２０が接合されている。そして、第１凹部１３と第２半導体基板２０とにより圧力基準室９０が構成されている。この圧力基準室９０は、本実施形態では真空圧とされている。
A
次に、このような圧力センサの作動について簡単に説明する。本実施形態の圧力センサは、測定媒体の圧力がダイヤフラム３０に印加されると、ダイヤフラム３０は印加された圧力と圧力基準室９０との差圧に応じて厚さ方向に変形する。これにより、ダイヤフラム３０に形成されたゲージ抵抗４０が変形し、ピエゾ抵抗効果によりブリッジ回路の出力電圧が変化して印加された圧力に応じたセンサ信号がパッド８０を介して出力される。
Next, the operation of such a pressure sensor will be briefly described. In the pressure sensor of this embodiment, when the pressure of the measurement medium is applied to the
続いて、上記圧力センサの製造方法について説明する。図２は、図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。なお、上記圧力センサは、ウェハの状態で製造し、最後にチップ単位に分割することで製造されるものであり、図２ではウェハの一部を示している。 Then, the manufacturing method of the said pressure sensor is demonstrated. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the pressure sensor shown in FIG. The pressure sensor is manufactured in the state of a wafer and finally divided into chips, and FIG. 2 shows a part of the wafer.
図２（ａ）に示されるように、まず、チップ単位に分割された際に第１半導体基板１０を構成する第１ウェハ１０ａを用意する。具体的には、上記のように、一面１１および他面１２を有し、これら一面１１および他面１２が（１−１０）面とされると共に、厚さが２００〜８００μｍとされ、複数のチップ形成領域を有する第１ウェハ１０ａを用意する。
As shown in FIG. 2A, first, a
その後、図２（ｂ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの一面１１に図示しないエッチングマスクを形成すると共に当該エッチングマスクをパターニングし、各チップ形成領域の第１凹部形成領域に対応する領域を開口する。そして、このエッチングマスクを用いて異方性エッチングを行うことにより、上記形状の第１凹部１３を形成する。異方性エッチングとしては、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングやガス・クラスターエッチングを行うことができる。
After that, as shown in FIG. 2B, an etching mask (not shown) is formed on the one
なお、ガス・クラスターエッチングとは、以下のようなエッチング方法である。すなわち、まず、ＣＩＦ３（三フッ化塩素）をノズルから真空チャンバ内に吹き出し、ノズル内（例えば、１０気圧）と真空チャンバ内（例えば、大気圧以下）の気圧差によって、ノズルから吹き出したＣＩＦ３ガスの分子や原子を熱膨張させてガス・クラスターと呼ばれる数百万〜数千万の分子の集合体を形成する。そして、この集合体を半導体基板に衝突させて、衝突時のガス・クラスターの運動エネルギーを熱エネルギーに変換して化学反応を促進させながらエッチングを行うものである。 Gas cluster etching is an etching method as described below. That is, first, CIF 3 (chlorine trifluoride) is blown out from the nozzle into the vacuum chamber, and CIF blown out from the nozzle due to a difference in pressure between the inside of the nozzle (eg, 10 atm) and the inside of the vacuum chamber (eg, below atmospheric pressure). Three gas molecules and atoms are thermally expanded to form aggregates of millions to tens of millions of molecules called gas clusters. Etching is performed while colliding the aggregate with a semiconductor substrate and converting the kinetic energy of the gas cluster at the time of collision into thermal energy to promote a chemical reaction.
続いて、図２（ｃ）に示されるように、図示しないエッチングマスクを除去し、真空中で、第１ウェハ１０ａの一面１１に、チップ単位に分割された際に第２半導体基板２０を構成する第２ウェハ１０ａを直接接合して第１凹部１３を閉塞する。これにより、各チップ形成領域に圧力基準室９０が形成される。本実施形態では、真空中で第１、第２ウェハ１０ａ、２０ａを直接接合しているため、圧力基準室９０は真空圧となる。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the etching mask (not shown) is removed, and the
次に、図２（ｄ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの他面１２に図示しないエッチングマスクを形成すると共に当該エッチングマスクをパターニングして後述の貫通トレンチ形成領域に対応する領域を開口し、このエッチングマスクを用いて異方性エッチングを行うことにより、第１凹部１３の側面の一部と平行となる側面を有する貫通トレンチ１４を形成する。これにより、第１凹部１３の側面の一部と、当該側面の一部と平行となる貫通トレンチ１４の側面との間の部分により、ダイヤフラム３０が形成される。すなわち、貫通トレンチ１４のうち、ダイヤフラム３０を構成する第１凹部１３の側面と対向する側面は、チップ単位に分割したときに、第１半導体基板１０の上記端面を構成する部分である。なお、本実施形態の貫通トレンチ１４は、他面１２から一面１１に貫通するものであり、チップ単位に分割する際に、ダイシングラインとしても利用される。
Next, as shown in FIG. 2D, an etching mask (not shown) is formed on the
また、貫通トレンチ１４の開口幅（図１中紙面左右方向の長さ）は、後述する図２（ｅ）の工程において、少なくとも斜めイオン注入が可能である長さとされている。すなわち、例えば、ダイヤフラム３０とのなす角度が４５°となる方向からイオン注入を行う場合には、貫通トレンチ１４の開口幅は第１ウェハ１０ａの厚さと同じ長さとされている。
Further, the opening width of the through trench 14 (the length in the left-right direction in FIG. 1) is such that at least oblique ion implantation is possible in the step of FIG. That is, for example, when ion implantation is performed from a direction in which the angle formed with the
その後、図２（ｅ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの他面１２および貫通トレンチ１４の側面のうちダイヤフラム３０を構成する側面に図示しないマスクを配置する。そして、例えば、ダイヤフラム３０との成す角度が４５°となる方向から、貫通トレンチ１４内を通過させてダイヤフラム３０にゲージ抵抗４０や第１配線５０を構成する不純物をイオン注入すると共に、第１ウェハ１０ａの他面１２と垂直方向から第２配線６０および拡散層７０を構成する不純物をイオン注入する。その後、熱処理することでゲージ抵抗４０、第１、第２配線５０、６０、拡散層７０を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2E, a mask (not shown) is disposed on the side surface of the
次に、図２（ｆ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの他面１２に図示しない保護膜を配置し、この保護膜のうち拡散層７０に対向する領域にコンタクトホールを形成した後、拡散層７０と電気的に接続されるパッド８０を形成する。そして、図２（ｆ）の工程まで行ったものをチップ単位に分割することにより、上記図１に示す圧力センサが製造される。具体的には、上記図２（ｄ）で形成した貫通トレンチ１４をダイシングラインとして利用しつつ、チップ単位に分割することにより、上記図１に示す圧力センサが製造される。
Next, as shown in FIG. 2F, a protective film (not shown) is disposed on the
以上説明したように、本実施形態では、異方性エッチングにより形成された第１凹部１３の側面が測定媒体の圧力に応じて変形可能とされており、第１凹部１３の側面の一部と、第１半導体基板１０の端面との間の部分によりダイヤフラム３０が構成されている。このため、ダイヤフラム３０の厚さにはウェハの厚さや異方性エッチングの深さ方向の加工精度が影響せず、深さ方向より高精度な平面方向の加工精度のみが影響する。したがって、従来の圧力センサのように、異方性エッチングにより形成された第１凹部１３の底面と半導体基板の表面との間の部分にてダイヤフラムを形成する場合と比較して、ダイヤフラム３０の厚さがばらつくことを抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the side surface of the
また、本実施形態の圧力センサは、第１凹部１３と、第１半導体基板１０の端面との間の部分によりダイヤフラム３０が形成されている。このため、例えば、曲げ応力等が印加されたとき、従来のように凹部の底面と半導体基板の表面との間の部分によりダイヤフラムが形成されている場合と比較して、ダイヤフラム３０が第１半導体基板１０の端部に形成されているため、当該応力の影響を小さくすることができる。
In the pressure sensor of this embodiment, a
さらに、ダイヤフラム３０を第１半導体基板１０の一面１１と垂直方向に形成しているため、第１半導体基板１０の平面方向の大きさを小さくすることができる。
Further, since the
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第１実施形態に対して、第１凹部１３の側面を第１半導体基板１０の一面１１に対して所定角度傾斜させて一面１１と非垂直としたものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図３は、本実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The pressure sensor of the present embodiment is configured so that the side surface of the
図３に示されるように、本実施形態の圧力センサは、第１凹部１３の側面が第１半導体基板１０の一面１１に対して所定角度傾斜しており、一面１１とダイヤフラム３０を構成する第１凹部１３の側面との間のなす角度が非垂直とされている。そして、第１半導体基板１０のうち、第１凹部１３の側面と共にダイヤフラム３０を構成する端面も一面１１に対して所定角度傾斜している。本実施形態では、一面１１と第１凹部１３の側面とのなす角度が４５°とされており、ダイヤフラム３０が（１１０）面とされている。すなわち、本実施形態の第１半導体基板１０は、一面１１および他面１２が（１００）面とされたものを用いて構成されている。
As shown in FIG. 3, in the pressure sensor of the present embodiment, the side surface of the
次に、本実施形態における圧力センサの製造方法について説明する。図４は、本実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。 Next, the manufacturing method of the pressure sensor in this embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the pressure sensor in the present embodiment.
まず、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、一面１１および他面１２が（１００）面とされた第１ウェハ１０ａを用意し、第１ウェハ１０ａに上記形状の第１凹部１３を異方性エッチングにより形成する。具体的には、第１ウェハ１０ａの一面１１に対して、４５°の方向から反応性ガスやガス・クラスターを第１ウェハ１０ａに衝突させて第１凹部１３を形成する。
First, as shown in FIGS. 4A and 4B, a
続いて、図４（ｃ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの一面１１に第２ウェハ２０ａを直接接合した後、図４（ｄ）に示されるように、第１ウェハ１０ａに異方性エッチングを行うことにより、第１凹部１３の側面の一部と平行となる側面を有する貫通トレンチ１４を形成する。これにより、第１凹部１３の側面の一部と、当該側面の一部と平行となる貫通トレンチ１４の側面との間の部分により、ダイヤフラム３０が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, after the
なお、この貫通トレンチ１４の開口幅（図４中紙面左右方向の長さ）は、第１ウェハ１０ａを他面１２の垂直方向から視たとき、ダイヤフラム３０のうち第１ウェハ２０ａにおける一面１１側の端部が視認可能となる長さ以上とされている。すなわち、本実施形態では、一面１１と第１凹部１３の側面とのなす角度が４５°とされているため、貫通トレンチ１４の開口幅は、第１ウェハ１０ａの厚さ以上とされている。
The opening width of the through-trench 14 (the length in the left-right direction in FIG. 4) is such that when the
次に、図４（ｅ）に示されるように、第１ウェハ１０ａにおける他面１２と垂直方向からゲージ抵抗４０、第１配線５０、第２配線６０および拡散層７０を構成する不純物をイオン注入する。その後、熱処理することでゲージ抵抗４０、第１、第２配線５０、６０、拡散層７０を形成する。
Next, as shown in FIG. 4E, the impurities constituting the
そして、図４（ｆ）に示されるように、第１ウェハ１０ａにパッド８０を形成した後、チップ単位に分割することにより、上記図３に示す圧力センサが製造される。
Then, as shown in FIG. 4F, after forming the
以上説明したように、本実施形態では、ダイヤフラム３０を第１ウェハ１０ａの一面１１に対して傾斜させて形成するため、ゲージ抵抗４０や第１配線５０を構成する不純物をイオン注入する際に、第１ウェハ１０ａにおける他面１２の垂直方向からイオン注入することができる。このため、上記第１実施形態と比較して、ゲージ抵抗４０および第１配線５０と、第２配線６０および拡散層７０とを構成する不純物をイオン注入する際に、イオン注入する方向を変化させなくてもよく、製造工程を簡略化することができる。
As described above, in the present embodiment, the
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第１実施形態に対して、第１半導体基板１０の一面１１に第２凹部を形成したものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図５は、本実施形態における圧力センサの断面構成を示す図である。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. The pressure sensor of the present embodiment is different from the first embodiment in that a second recess is formed on one
図５に示されるように、本実施形態の圧力センサは、第１半導体基板１０の一面１１に、第１凹部１３に加えて、第１凹部１３と同一形状であり、ダイヤフラム３０を構成する第１凹部１３の側面の一部と平行な側面を有する第２凹部１５が形成されている。そして、第１凹部１３の側面の一部と、この側面の一部と平行となる第２凹部１５の側面との間の部分により、ダイヤフラム３０が形成されている。なお、本実施形態の第１凹部１３の側面の一部と平行となる第２凹部１５の側面とは、本発明の側面の裏面に相当する。
As shown in FIG. 5, the pressure sensor of the present embodiment has the same shape as the
また、第１半導体基板１０の他面１２には、第２凹部１５と外部とを連通する貫通孔１６が形成されており、測定媒体が貫通孔１６を介して第２凹部１５内に導入されるようになっている。貫通孔１６は、本実施形態では、一つとされているが、複数形成されていてもよい。
Further, a through
次に、本実施形態の圧力センサの製造方法について説明する。図６は、本実施形態における圧力センサの製造工程を示す断面図である。 Next, the manufacturing method of the pressure sensor of this embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the pressure sensor in the present embodiment.
まず、図６（ａ）および（ｂ）に示されるように、第１ウェハ１０ａを用意し、第１ウェハ１０ａに上記形状の第１、第２凹部１３、１５を異方性エッチングにより形成する。具体的には、第１ウェハ１０ａの一面１１に形成したエッチングマスクをパターニングして第１、第２凹部形成領域に対応する領域を開口し、当該エッチングマスクを用いて異方性エッチングを行うことにより、第１、第２凹部１３、１５を同時に形成する。
First, as shown in FIGS. 6A and 6B, a
続いて、図６（ｃ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの一面１１に第２ウェハ２０ａを直接接合する。そして、図６（ｄ）に示されるように、第１ウェハ１０ａにおける他面１２と垂直方向からゲージ抵抗４０、第１配線５０、第２配線６０および拡散層７０を構成する不純物をイオン注入し、熱処理してゲージ抵抗４０、第１、第２配線５０、６０、拡散層７０を形成する。なお、本実施形態では、不純物をイオン注入する際に、加速電圧を適宜調整しながら行うことにより、ゲージ抵抗４０や第１配線５０の形成場所を調整している。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, the
続いて、図６（ｅ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの他面１２に図示しないエッチングマスクを形成すると共に当該エッチングマスクをパターニングして貫通孔形成領域に対応する領域を開口し、当該エッチングマスクを用いてエッチングを行うことにより、第２凹部１５と外部とを連通させる貫通孔１６を形成する。この貫通孔１６は、上記のように測定媒体を第２凹部１５内に導入するものであるため、高精度な加工は必要なく、例えばエッチングにより形成する場合には、異方性エッチングであってもよいし、等方性エッチングであってもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 6E, an etching mask (not shown) is formed on the
そして、図６（ｆ）に示されるように、第１ウェハ１０ａにパッド８０を形成した後、チップ単位に分割することにより、上記図３に示す圧力センサが製造される。
Then, as shown in FIG. 6F, after the
以上説明したように、本実施形態では、測定媒体が貫通孔１６を介して第２凹部１５内に導入され、第２凹部１５内に導入された測定媒体の圧力に基づいてダイヤフラム３０が変形する。このため、上記第１実施形態のように第２凹部１５および貫通孔１６が形成されていない場合と比較して、測定媒体の圧力がそのままダイヤフラムに印加されることを抑制することができ、測定媒体に含まれる異物等が直接ダイヤフラム３０に衝突してダイヤフラム３０が破壊されることを抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the measurement medium is introduced into the
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第１実施形態に対して、第１凹部１３を二つ形成したものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図７は、本実施形態における圧力センサの平面模式図である。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. The pressure sensor of the present embodiment is formed by forming two
図７に示されるように、本実施形態の圧力センサは、第１半導体基板１０に二つの第１凹部１３が形成されており、これら二つの第１凹部１３は互いに形状が等しくされている。そして、第１半導体基板１０には、二つの第１凹部１３を構成する側面のそれぞれの一部と、当該側面のそれぞれの一部と平行となる第１半導体基板１０の端面との間の部分にて構成される二つのダイヤフラム３０が形成されている。これら二つのダイヤフラム３０は、厚さが等しくされていると共に、測定媒体を受圧する面積が等しくされている。
As shown in FIG. 7, in the pressure sensor of this embodiment, two
このような圧力センサでは、ダイヤフラム３０が二つ備えられているため、一方のダイヤフラム３０が破壊されてしまったとしても他方のダイヤフラム３０で圧力の測定を行うことができる。
In such a pressure sensor, since two
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第４実施形態に対して、二つのダイヤフラム３０の厚さを異なるものとしたものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図８は、本実施形態における圧力センサの平面模式図である。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. The pressure sensor of the present embodiment is different from the fourth embodiment in that the thicknesses of the two
図８に示されるように、本実施形態の圧力センサは、二つの第１凹部１３の形状が異なっている。すなわち、第１凹部１３における開口幅を紙面左右方向の長さとすると、一方の第１凹部１３の開口幅が他方の第１凹部１３の開口幅より短くされている。そして、開口幅が長い第１凹部１３と第１半導体基板１０の端面との間の部分で構成されるダイヤフラム３０は、開口幅が短い第１凹部１３と第１半導体基板１０の端面との間の部分で構成されるダイヤフラム３０より厚さが薄くされている。つまり、本実施形態では、二つのダイヤフラム３０は、測定媒体を受圧する面積が等しくされているが、厚さが異なっている。
As shown in FIG. 8, in the pressure sensor of the present embodiment, the shapes of the two
このような圧力センサでは、二つのダイヤフラム３０の厚さが異なっているため、各ダイヤフラム３０の測定レンジを異ならせることができ、各ダイヤフラム３０で異なる測定レンジの圧力を測定することができる。
In such a pressure sensor, since the thicknesses of the two
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサは、第１実施形態に対して、第２半導体基板２０に第３凹部を形成してダイヤフラム３０の測定媒体を受圧する面積を拡大させたものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図９（ａ）および（ｂ）は、本実施形態における圧力センサの断面構成を示す図、図９（ｃ）は第１半導体基板１０の一面１１の平面模式図、図９（ｄ）は第２半導体基板２０の一面２１の平面模式図である。図１０は、図９（ａ）のＣ矢視模式図である。なお、図９（ａ）は、図９（ｃ）および（ｄ）のＤ−Ｄ断面に相当している。また、図９（ｂ）は、第１半導体基板１０が図９（ｃ）のＥ−Ｅ断面に相当しており、第２半導体基板２０が図９（ｄ）のＦ−Ｆ断面に相当している。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described. The pressure sensor of the present embodiment is obtained by expanding the area for receiving the measurement medium of the
図９および図１０に示されるように、本実施形態の圧力センサは、第２半導体基板２０における第１半導体基板１０の一面１１と接合される一面２１のうち、第１凹部１３と対向する領域に、ダイヤフラム３０を構成する第１凹部１３の側面と連なり、かつ当該側面と平行である側面を有する第３凹部２３が異方性エッチングにより形成されている。本実施形態では、この第３凹部２３は、底面が矩形状とされ、側面が一面２１と垂直となるように形成されており、第１凹部１３と同一形状とされている。なお、第１凹部１３の側面と第３凹部２３の側面とが連なっているとは、第１凹部１３の側面と第３凹部２３の側面との境界に段差がなく、平坦な状態とされていることである。
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the pressure sensor of the present embodiment is a region facing the
そして、ダイヤフラム３０は、第１凹部１３の側面の一部および当該側面の一部と連なっている第３凹部２３の側面と、これら側面と平行な第１、第２半導体基板１０、２０の端面との間の部分にて構成されている。すなわち、本実施形態のダイヤフラム３０は、第１半導体基板１０から第２半導体基板２０に渡って形成されており、ダイヤフラム３０に形成されるゲージ抵抗４０も第１、第２半導体基板１０、２０に形成されている。
The
また、圧力基準室９０は、第１凹部１３および第３凹部２３により囲まれる部分にて形成されている。
The
そして、本実施形態では、第１半導体基板１０に形成されるゲージ抵抗４０と電気的に接続される第１配線５０は一面１１に向かって形成されており、当該第１配線５０と電気的に接続される第２配線６０は一面１１の表面に形成されている。また、第２半導体基板２０に形成されるゲージ抵抗４０と電気的に接続される第１配線５０は一面２１に向かって形成されており、当該第１配線５０と電気的に接続される第２配線６０は一面２１の表面に形成されている。
In the present embodiment, the
さらに、第１半導体基板１０には、各第２配線６０の終端部と電気的に接続される第３配線１００が形成されており、これら第３配線１００はそれぞれ他面１２まで引き延ばされている。そして、他面１２にて露出する第３配線１００がパッド８０と電気的に接続されている。
Further, the
以上説明したように、本実施形態では、ダイヤフラム３０が第１半導体基板１０から第２半導体基板２０に渡って形成されており、ダイヤフラム３０の測定媒体を受圧する面積を大きくすることができるため、感度を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサの製造方法は、第１実施形態に対して、第１ウェハ１０ａにゲージ抵抗形成用トレンチを形成し、ゲージ抵抗形成用トレンチの底面にイオン注入することによりゲージ抵抗４０を形成したものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図１１は、本実施形態における圧力センサの製造工程を示す図である。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of the pressure sensor of this embodiment is different from that of the first embodiment in that a gauge resistance forming trench is formed in the
まず、図１１（ａ）に示されるように、第１ウェハ１０ａを用意する。そして、図１１（ｂ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの他面１２に図示しないエッチングマスクを形成すると共に当該エッチングマスクをパターニングして後述のゲージ抵抗形成用トレンチ形成領域に対応する領域を開口し、エッチングマスクを用いて異方性エッチングを行うことにより、ゲージ抵抗形成用トレンチ１７を形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a
続いて、図１１（ｃ）に示されるように、ゲージ抵抗形成用トレンチの底面に不純物をイオン注入すると共に熱処理してゲージ抵抗４０を形成する。なお、イオン注入する際には、加速電圧を適宜調整しながら不純物をイオン注入することにより、ゲージ抵抗４０が上記図１（ｃ）に示す配置となるようにする。その後、図１１（ｄ）に示されるように、ゲージ抵抗形成用トレンチ１７にＡｌ等を埋め込んで第１配線５０を形成すると共に、他面１２にＡｌ等を配置してパターニング等することにより第２配線６０を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 11C, impurities are ion-implanted into the bottom surface of the gauge resistance forming trench and heat treatment is performed to form the
次に、図１１（ｅ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの一面１１に第１凹部１３を形成し、図１１（ｆ）に示されるように、第１ウェハ１０ａの一面１１に第２ウェハ２０ａを接合すると共に第１ウェハ１０ａの他面１２に図示しない保護膜を配置し、この保護膜にコンタクトホールを形成して第２配線６０と電気的に接続されるパッド８０を形成する。その後、図１１（ｇ）に示されるように、異方性エッチングにより貫通トレンチ１４を形成し、第１凹部１３を構成する側面の一部と当該側面の一部と平行となる貫通トレンチ１４の側面との間の部分にて構成され、ゲージ抵抗４０が形成されているダイヤフラム３０を形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (e), a
本実施形態の製造方法においても、異方性エッチングにより形成された第１凹部１３の側面の一部を含んでダイヤフラム３０を形成することができるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
Also in the manufacturing method of the present embodiment, the
（他の実施形態）
上記第１〜第５、第７実施形態では、第２配線６０が、第１半導体基板１０の他面１２の表層部に形成されている例について説明したが、第２配線６０が第１半導体基板１０の他面１２側の表面に形成されていてもよい。言い換えると、第２配線６０は、第１半導体基板１０の他面１２側から露出していてもよい。すなわち、第２配線６０としては、例えば、第１半導体基板１０の他面１２上に形成されたＡｌ配線等を用いることもできる。
(Other embodiments)
In the first to fifth and seventh embodiments, the example in which the
また、上記第１〜第５、第７実施形態では、上記第６実施形態のように、第１配線５０をゲージ抵抗４０から一面１１側に向かって形成し、第２配線６０を一面１１側の表面に形成してもよい。この場合は、第２配線６０の終端部に第３配線１００を形成すればよい。
In the first to fifth and seventh embodiments, as in the sixth embodiment, the
そして、上記第１〜第５、第７実施形態では、ゲージ抵抗４０とパッド８０との電気的な接続を第１、第２配線５０、６０を介して行っているが、例えば、第１配線５０のみを介して行ってもよい。すなわち、第１配線５０を第１半導体基板１０における他面１２の表面まで引き延ばし、第１配線５０とパッド８０とを電気的に接続してもよい。
In the first to fifth and seventh embodiments, the electrical connection between the
さらに、上記第１〜第５、第７実施形態では、第２基板としてシリコン基板等の第２半導体基板２０を用いた例について説明したが、第２基板としてガラス基板等を用いることもできる。
Furthermore, in the first to fifth and seventh embodiments, the example in which the
また、上記第１〜第７実施形態では、圧力基準室９０が真空圧である例について説明したが、例えば、圧力基準室９０は大気圧であってもよい。この場合は、大気圧下で第１ウェハ１０ａと第２ウェハ２０ａとを接合すればよい。
Moreover, although the said 1st-7th embodiment demonstrated the example whose
上記第１実施形態では、ゲージ抵抗４０および第１配線５０を構成する不純物を貫通トレンチ１４を通過させてダイヤフラム３０にイオン注入する例について説明したが、例えば、第１半導体基板１０における他面１２と垂直な方向から加速電圧を変化させながらイオン注入してゲージ抵抗４０や第１配線５０を所望の場所に形成してもよい。この場合は、貫通トレンチ１４の開口幅の長さを詳細に設定しなくてもよい。
In the first embodiment, the example in which the impurities constituting the
また、上記第２実施形態では、ダイヤフラム３０を（１１０）面とし、一面１１および他面１２を（１００）面とした例ついて説明したが、例えば、ダイヤフラム３０を（１００）面とし、一面１１および他面１２を（１１０）面とすることもできる。
In the second embodiment, the example in which the
そして、上記第３実施形態では、ダイヤフラム３０が一面１１に対して垂直とされた例について説明したが、上記第２実施形態のようにダイヤフラム３０が一面１１に対して所定角度傾斜して非垂直とされていてもよい。また、図６（ｃ）の工程を行った後に図６（ｅ）の工程を行って貫通孔１６を形成し、その後図６（ｄ）の工程を行ってゲージ抵抗４０等を形成してもよい。
In the third embodiment, the example in which the
また、上記第４実施形態では、第１半導体基板１０に二つの第１凹部１３が形成されている例について説明したが、例えば、第１半導体基板１０に形成される第１凹部１３は三つであってもよいし、四つであってもよい。
In the fourth embodiment, the example in which the two
上記第５実施形態では、ダイヤフラム３０の厚さを変更して測定レンジを異ならせるものについて説明したが、例えば、第１凹部１３の深さを変更してダイヤフラム３０の測定媒体を受圧する面積を異ならせることにより、測定レンジを異ならせるようにしてもよい。
In the fifth embodiment, the thickness of the
上記第７実施形態では、ゲージ抵抗形成用トレンチ１７を形成し、当該ゲージ抵抗形成用トレンチ１７の底面に対して不純物をイオン注入してゲージ抵抗４０を形成する例について説明したが、次のようにすることもできる。すなわち、ゲージ抵抗形成用トレンチ１７を形成せずに、第１ウェハ１０ａの他面１２から加速電圧を適宜調整しながら不純物をイオン注入することにより、ゲージ抵抗４０を所望の場所に形成するようにしてもよい。
In the seventh embodiment, the gauge
そして、上記各実施形態を組み合わせた圧力センサとすることもできる。例えば、上記第４、第５実施形態を第２実施形態に組み合わせて、複数の第１凹部１３を有し、各第１凹部１３の側面の一部で構成されるダイヤフラム３０がそれぞれ一面１１に対して所定角度傾斜して非垂直とされていてもよい。
And it can also be set as the pressure sensor which combined said each embodiment. For example, the fourth and fifth embodiments are combined with the second embodiment, and a plurality of
また、上記第４、第５実施形態を上記第３実施形態に組み合わせて、例えば、第１半導体基板１０に二つの第１凹部１３と二つの第２凹部１５とを形成してもよい。このような圧力センサでは、第２凹部１５の一方にフィルタ前のエンジンオイル、排気ガス等の測定媒体を導入すると共に、第２凹部１５の他方にフィルタ後のエンジンオイル、排気ガス等の測定媒体を導入して差圧センサとして利用することもできる。
The fourth and fifth embodiments may be combined with the third embodiment to form, for example, two
さらに、上記第６実施形態を上記第２〜第５実施形態に組み合わせて、第２半導体基板２０に第３凹部２３を形成し、ダイヤフラム３０の測定媒体を受圧する面積を大きくしてもよい。
Furthermore, the sixth embodiment may be combined with the second to fifth embodiments to form the
また、上記第３〜第６実施形態において、上記第７実施形態のように、ゲージ抵抗４０を形成した後に、第１凹部１３や貫通トレンチ１４等を形成して、ゲージ抵抗４０が形成されたダイヤフラム３０を形成するようにしてもよい。
Further, in the third to sixth embodiments, as in the seventh embodiment, after the
１０ 第１半導体基板
１３ 第１凹部
２０ 第２半導体基板
３０ ダイヤフラム
４０ ゲージ抵抗
５０ 第１配線
６０ 第２配線
７０ 拡散層
８０ パッド
９０ 圧力基準室
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記第１凹部（１３）が密閉空間となるように前記第１基板（１０）の前記一面（１１）に接合された一面（２１）を有する第２基板（２０）と、を備え、
前記第１凹部（１３）は、測定媒体の圧力に応じて変形可能な側面を有しており、
前記第１基板（１０）には、前記側面の変形に応じて抵抗値が変化するゲージ抵抗（４０）が設けられていることを特徴とする圧力センサ。 A first substrate (10) having a surface (11) with a first recess (13) formed by anisotropic etching;
A second substrate (20) having one surface (21) joined to the one surface (11) of the first substrate (10) so that the first recess (13) becomes a sealed space;
The first recess (13) has a side surface that can be deformed according to the pressure of the measurement medium,
A pressure sensor characterized in that the first substrate (10) is provided with a gauge resistor (40) whose resistance value changes in accordance with the deformation of the side surface.
前記ダイヤフラム（３０）は、複数の前記第１凹部（１３）の前記側面と、前記側面の裏面との間の部分を含んで複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。 In the first substrate (10), a plurality of the first recesses (13) having the side surfaces are formed, and a resistance value according to each deformation of the side surfaces of the plurality of first recesses (13). A plurality of gauge resistances (40) where
The said diaphragm (30) is formed in multiple numbers including the part between the said side surface of several said 1st recessed parts (13), and the back surface of the said side surface, The pressure of Claim 2 characterized by the above-mentioned. Sensor.
前記ダイヤフラム（３０）は、前記第１凹部（１３）の前記側面および前記第３凹部（２３）の前記側面と、前記第１、前記第３凹部（１３、２３）の側面の裏面との間の部分により構成され、前記第１基板（１０）から前記第２基板（２０）に渡って形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。 The second substrate (20) is connected to the side surface in a region facing the first recess (13) formed in the first substrate (10) and is parallel to the side surface, and the measurement is performed. A third recess (23) having a side surface that can be deformed according to the pressure of the medium is formed;
Said diaphragm (30), and the side surface of the side surface and the third concave portion of the first recess (13) (23), the first, the rear surface side of the third recess (13, 2 3) The pressure sensor according to claim 2 , wherein the pressure sensor is formed by a portion between the first substrate (10) and the second substrate (20).
複数のチップ形成領域を有すると共に一面（１１）を有し、チップ単位に分割されたときに前記第１基板（１０）を構成する第１ウェハ（１０ａ）を用意する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）における前記チップ形成領域のそれぞれに前記一面（１１）から異方性エッチングにより第１凹部（１３）を形成する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）の前記一面（１１）に第２ウェハ（２０ａ）を接合して前記第１凹部（１３）を閉塞する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）の前記チップ形成領域のそれぞれに前記一面（１１）と反対側の他面（１２）から異方性エッチングにより、前記第１凹部（１３）の側面の一部と平行な側面を有する貫通トレンチ（１４）を形成して、当該側面の一部と前記平行な側面との間の部分で構成される前記ダイヤフラム（３０）を形成する工程と、
前記ダイヤフラム（３０）に前記ゲージ抵抗（４０）を形成する工程と、を含む工程を行うことを特徴とする圧力センサの製造方法。 The first and second substrates (10, 20) are joined to each other to deform the diaphragm (30) that can be deformed according to the pressure of the measurement medium, and the diaphragm (30) formed on the diaphragm (30). In a method of manufacturing a pressure sensor having a gauge resistance (40) whose resistance value changes in response,
Preparing a first wafer (10a) having a plurality of chip formation regions and having one surface (11) and constituting the first substrate (10) when divided into chips;
Forming a first recess (13) by anisotropic etching from the one surface (11) in each of the chip formation regions in the first wafer (10a);
Bonding the second wafer (20a) to the one surface (11) of the first wafer (10a) and closing the first recess (13);
Each of the chip formation regions of the first wafer (10a) is parallel to a part of the side surface of the first recess (13) by anisotropic etching from the other surface (12) opposite to the one surface (11). Forming a through-trench (14) having a flexible side surface to form the diaphragm (30) composed of a portion between the part of the side surface and the parallel side surface;
Forming the gauge resistance (40) on the diaphragm (30).
前記ダイヤフラム（３０）を形成する工程では、前記一面（１１）に貫通トレンチ（１４）を形成して前記一面（１１）と垂直な前記ダイヤフラム（３０）を形成し、
前記ゲージ抵抗（４０）を形成する工程では、前記一面（１１）に対して所定角度傾斜した方向から不純物を前記貫通トレンチ（１４）内を通過させて前記ダイヤフラム（３０）にイオン注入する工程を行うことを特徴とする請求項１１に記載の圧力センサの製造方法。 In the step of forming the first recess (13), the first recess (13) having a side surface perpendicular to the one surface (11) is formed,
In the step of forming the diaphragm (30), a through-trench (14) is formed in the one surface (11) to form the diaphragm (30) perpendicular to the one surface (11),
In the step of forming the gauge resistor (40), a step of implanting impurities into the diaphragm (30) by allowing impurities to pass through the through trench (14) from a direction inclined at a predetermined angle with respect to the one surface (11). The method for manufacturing a pressure sensor according to claim 11, wherein the method is performed.
前記ダイヤフラム（３０）を形成する工程では、前記一面（１１）に貫通トレンチ（１４）を形成して前記一面（１１）に対して所定角度傾斜した非垂直な前記ダイヤフラム（３０）を形成し、
前記ゲージ抵抗（４０）を形成する工程では、前記一面（１１）と反対側の他面（１２）の垂直方向から不純物をイオン注入する工程を行うことを特徴とする請求項１１に記載の圧力センサの製造方法。 In the step of forming the first recess (13), the first recess (13) having a non-vertical side surface inclined at a predetermined angle with respect to the one surface (11) is formed.
In the step of forming the diaphragm (30), a through trench (14) is formed on the one surface (11) to form the non-perpendicular diaphragm (30) inclined at a predetermined angle with respect to the one surface (11),
The pressure according to claim 11, wherein the step of forming the gauge resistor (40) includes a step of ion-implanting impurities from a direction perpendicular to the other surface (12) opposite to the one surface (11). Sensor manufacturing method.
複数のチップ形成領域を有すると共に一面（１１）を有し、チップ単位に分割されたときに前記第１基板（１０）を構成する第１ウェハ（１０ａ）を用意する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）の前記チップ形成領域のそれぞれに前記ゲージ抵抗（４０）を形成する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）の前記チップ形成領域のそれぞれに前記一面（１１）から異方性エッチングにより第１凹部（１３）を形成する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）の前記一面（１１）に第２ウェハ（２０ａ）を接合して前記第１凹部（１３）を閉塞する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）の前記チップ形成領域のそれぞれに前記一面（１１）と反対側の他面（１２）から異方性エッチングにより、前記第１凹部（１３）の側面の一部と平行な側面を有する貫通トレンチ（１４）を形成して、当該側面の一部と前記平行な側面との間の部分で構成され、前記ゲージ抵抗（４０）が形成された前記ダイヤフラム（３０）を形成する工程と、を含む工程を行うことを特徴とする圧力センサの製造方法。 The first and second substrates (10, 20) are joined to each other to deform the diaphragm (30) that can be deformed according to the pressure of the measurement medium, and the diaphragm (30) formed on the diaphragm (30). In a method of manufacturing a pressure sensor having a gauge resistance (40) whose resistance value changes in response,
Preparing a first wafer (10a) having a plurality of chip formation regions and having one surface (11) and constituting the first substrate (10) when divided into chips;
Forming the gauge resistor (40) in each of the chip formation regions of the first wafer (10a);
Forming a first recess (13) by anisotropic etching from the one surface (11) in each of the chip formation regions of the first wafer (10a);
Bonding the second wafer (20a) to the one surface (11) of the first wafer (10a) and closing the first recess (13);
Each of the chip formation regions of the first wafer (10a) is parallel to a part of the side surface of the first recess (13) by anisotropic etching from the other surface (12) opposite to the one surface (11). A through-trench (14) having a flexible side surface is formed, and the diaphragm (30) formed with a portion between the side surface and the parallel side surface and having the gauge resistance (40) is formed. And a process including the step of: performing a process including: a pressure sensor manufacturing method.
複数のチップ形成領域を有すると共に一面（１１）を有し、チップ単位に分割されたときに前記第１基板（１０）を構成する第１ウェハ（１０ａ）を用意する工程と、
前記第１ウェハ（１０ａ）の前記チップ形成領域のそれぞれに前記一面（１１）から異方性エッチングにより、第１凹部（１３）と、当該第１凹部（１３）の側面の一部と平行な側面を有する第２凹部（１５）を形成して、当該側面の一部と前記平行な側面との間の部分で構成される前記ダイヤフラム（３０）を形成する工程と、
前記ダイヤフラム（３０）に前記ゲージ抵抗（４０）を形成する工程と、を含む工程を行うことを特徴とする圧力センサの製造方法。 The first and second substrates (10, 20) are joined to each other to deform the diaphragm (30) that can be deformed according to the pressure of the measurement medium, and the diaphragm (30) formed on the diaphragm (30). In a method of manufacturing a pressure sensor having a gauge resistance (40) whose resistance value changes in response,
Preparing a first wafer (10a) having a plurality of chip formation regions and having one surface (11) and constituting the first substrate (10) when divided into chips;
The first recess (13) and a part of the side surface of the first recess (13) are parallel to each of the chip formation regions of the first wafer (10a) by anisotropic etching from the one surface (11). Forming a second recess (15) having a side surface to form the diaphragm (30) composed of a portion between the part of the side surface and the parallel side surface;
Forming the gauge resistance (40) on the diaphragm (30).
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