JP6237515B2

JP6237515B2 - 圧力センサおよびその製造方法

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Publication number: JP6237515B2
Application number: JP2014147087A
Authority: JP
Inventors: 早川　裕; 裕早川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2034-07-17
Also published as: JP2016023983A

Description

本発明は、ダイヤフラムおよびゲージ抵抗で構成されるセンシング部を有するセンサチップと、ダイヤフラムとの間の空間によって基準圧力室を形成する凹部が形成されたキャップとを備える圧力センサおよびその製造方法に関する。

従来、ダイヤフラムおよびゲージ抵抗で構成されるセンシング部を有するセンサチップと、ダイヤフラムとの間の空間によって基準圧力室を形成する凹部が形成されたキャップとを備える圧力センサが知られている。

この種の圧力センサとしては、特許文献１に記載の圧力センサが提案されている。この圧力センサでは、センサチップが一面を有する第１導電型の半導体層を備えると共に、半導体層のうちの一面を含む一部によってダイヤフラムが構成されている。また、この圧力センサでは、半導体層のうち少なくともダイヤフラムにおける一面を含む一部に不純物が添加されたことにより活性化された第２導電型のゲージ抵抗が形成されている。また、この圧力センサでは、キャップが一面を有すると共に、このキャップの一面において、ダイヤフラムとの間の空間によって基準圧力室を形成する凹部が形成されている。また、この圧力センサでは、センサチップの一面とキャップの一面（のうち凹部が形成された部分以外の部分）とが接触させられつつ、センサチップとキャップとが接合させられている。そして、この圧力センサでは、センサチップのダイヤフラムにおける一面側において蛇行状にゲージ抵抗が形成されている。

また、この特許文献１に記載の圧力センサは、以下の方法で製造される。すなわち、まず、第１工程として、一面を有する半導体層を備え、複数の圧力センサに対応する複数のセンシング部を有するセンサチップウェハを用意する。また、複数の圧力センサに対応する複数の凹部が形成された一面を有するキャップウェハを用意する。次に、第２工程として、センサチップの一面とキャップの一面のうち凹部が形成された部分以外の部分とを接触させつつ、センサチップウェハとキャップウェハとを接合する。これにより、凹部とセンサチップのダイヤフラムにおける一面とによって挟まれた空間によって基準圧力室が形成される。次に、第３工程として、第１工程および第２工程によって形成されたワークを切断することにより、複数の圧力センサに個片化する。以上の第１〜３工程を経て、複数の圧力センサが完成する。

特開２０１１−１９１２７３号公報

上記したように、特許文献１に記載の圧力センサの製造では、上記第２工程にて、センサチップウェハとキャップウェハとを接合して、気密封止した基準圧力室を形成する。しかしながら、気密封止したつもりでも、基準圧力室の内圧を変動させてしまう異物（水分など）が基準圧力室内に混入してしまうことがある。そこで、一般には、このような圧力センサの製造では、第２工程の後（第２工程の直後もしくは圧力センサの完成後など）に、この異物を基準圧力室から除去するために、高温（例えば、７００〜８００℃程度）熱処理を行う。

しかしながら、高温熱処理を行うと、ゲージ抵抗に添加された不純物が基準圧力室内に外方拡散（アウトディフュージョン）して、さらには、基準圧力室内に外方拡散した不純物がセンサチップの半導体層のうちゲージ抵抗の周囲の部分に再拡散（付着）することがある。そして、この場合、半導体層の導電型が反転して、蛇行状に形成されたゲージ抵抗における隣接部分同士や近隣に配置されたゲート抵抗同士がつながってしまい、リーク電流が流れてしまうという問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、基準圧力室内に外方拡散した不純物がセンサチップの半導体層のうちゲージ抵抗の周囲の部分に再拡散し難い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。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１面（１０ａ）が形成された第１導電型の半導体層（１３）を備えると共に、半導体層のうちの第１面を含む一部によって構成されたダイヤフラム（１８）、および、半導体層のうち少なくともダイヤフラムにおける第１面を含む一部に形成された第２導電型のゲージ抵抗（１６）を含むセンシング部を有するセンサチップ（１０）と、凹部（２１ｃ）が形成された第２面（２１ａ）を有すると共に、第２面のうち凹部が形成された部分以外の部分の少なくとも一部が第１絶縁膜（２２）によって被覆され、第２面のうち凹部が形成された部分以外の部分であって第１絶縁膜によって被覆された部分とセンサチップの第１面とが接触させられつつ、センサチップに接合されたことで、凹部とセンサチップのダイヤフラムにおける第１面によって挟まれた封止空間によって基準圧力室（３０）を形成するキャップ（２０）とを有する圧力センサであって、以下の特徴を有する。すなわち、第１面に垂直な方向に切断された断面において、ゲージ抵抗が、ダイヤフラムの一部であってゲージ抵抗を分離する分離部（１９）を挟んで複数の部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）に分離されており、分離部における第１面には、前記断面において、複数の部分のうち隣接する部分同士の間の領域を隔てるトレンチ（１９ａ）が形成され、トレンチの内壁面に第２絶縁膜（１９ｂ）が形成されており、ダイヤフラムにおける第１面のうち基準圧力室側の面であって、キャップの凹部と向き合う領域の内側にのみ第３絶縁膜（２５）が形成されており、第３絶縁膜は、少なくともゲージ抵抗上に配置され、ゲージ抵抗に含まれる不純物の外方拡散を抑制することを特徴とする。

このため、高温熱処理をしたときに、ゲージ抵抗に添加された不純物がゲージ抵抗から基準圧力室内に外方拡散しようとしても、ダイヤフラムにおける第１面に形成された第２絶縁膜および第３絶縁膜によって妨げられる。よって、外方拡散した不純物が分離部に再拡散することによって分離部を挟んだ複数のゲージ抵抗部分の間でリーク電流が流れてしまうという事態が生じ難くなる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧力センサの製造方法において、以下の特徴を有する。すなわち、第１面（１０ａ）が形成された第１導電型を有する半導体層（１３）を備えると共に、半導体層のうちの第１面を含む一部によって構成されたダイヤフラム（１８）、および、半導体層のうち少なくともダイヤフラムにおける第１面を含む一部に形成された第２導電型のゲージ抵抗（１６）によって構成されるセンシング部を有し、第１面に垂直な方向に切断された断面において、ゲージ抵抗が、ダイヤフラムの一部であってゲージ抵抗を分離する分離部（１９）を挟んで複数の部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）に分離されたセンサチップ（１０）を用意する第１工程と、センサチップの分離部における第１面に、前記断面において、前記複数の部分のうち隣接する部分同士の間の領域を隔てるトレンチを形成し、トレンチを埋め込みつつ第１面を被覆するように第２絶縁膜を形成した後に、第２絶縁膜のうち、トレンチの内壁面に形成された部分を残しつつ、第１面に形成された第２絶縁膜のうちトレンチの内壁面に形成された部分以外の部分を除去することで、トレンチの内壁面に第２絶縁膜を形成する第２工程と、凹部（２１ｃ）が形成された第２面（２１ａ）を有すると共に、第２面のうち凹部が形成された部分以外の部分の少なくとも一部が第１絶縁膜（２２）によって被覆されたキャップ（２０）を用意する第３工程と、センサチップのダイヤフラムにおける第１面とキャップの凹部とによって挟まれた封止空間によって基準圧力室（３０）が形成されるように、センサチップの第１面と、キャップの第２面のうち凹部が形成された部分以外の部分であって第１絶縁膜によって被覆された部分と、を接触させつつ、センサチップとキャップとを接合する第４工程と、を有し、第３工程と第４工程との間に、ダイヤフラムにおける第１面のうち基準圧力室側の面であって、キャップの凹部と向き合う領域の内側にのみ少なくともゲージ抵抗を覆い、ゲージ抵抗に含まれる不純物の外方拡散を抑制する第３絶縁膜（２５）を形成する工程を有することを特徴とする。

このため、上記第４工程にて、センサチップとキャップとの接合における接合位置がずれた場合であっても、センサチップとキャップの接合性が劣悪となり難い。すなわち、第２絶縁膜がトレンチの内壁面に形成されているため、キャップがセンサチップに対して浮いた状態となり難く、センサチップ（半導体層）とキャップ（第１絶縁膜）とが確実に接合され易い。よって、センサチップとキャップの接合性が良好となる。

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。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサの断面構成を示す図である。図１に示す圧力センサにおけるダイヤフラムおよびダイヤフラム周辺の部分を拡大して示す図である。図２における符号IIIの領域の部分についての平面構成を示す図である。図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。図１に示す圧力センサの製造工程におけるトレンチおよび絶縁膜の形成工程を示す図である。図１に示す圧力センサの製造工程におけるトレンチおよび絶縁膜の別の形成工程を示す図である。図１に示す圧力センサにおけるセンサチップウェハとキャップウェハとの接合状態を示す図２に対応する図である。比較例におけるセンサチップウェハとキャップウェハとの接合状態を示す図２に対応する図である。本発明の他の実施形態に係る圧力センサにおけるトレンチを示す図である。本発明の別の他の実施形態に係る圧力センサにおけるトレンチを示す図である。本発明の別の他の実施形態に係る圧力センサにおけるトレンチを示す図である。本発明の別の他の実施形態に係る圧力センサにおけるトレンチを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る圧力センサＳ１について図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る圧力センサＳ１は、センサチップ１０およびキャップ２０を有する構成とされ、圧力の測定を行うセンサであって、センサチップ１０にキャップ２０が接合されて構成されている。

図１に示すように、センサチップ１０は、支持基板１１、絶縁膜１２、第１導電型（ここでは、Ｎ型）の半導体層１３が順に積層され、矩形板状とされたＳＯＩ基板１４を用いて構成されている。そして、本実施形態に係る圧力センサＳ１では、半導体層１３のうち絶縁膜１２側と反対側の面がセンサチップ１０の一面（以下、第１面という）１０ａとされ、支持基板１１のうち絶縁膜１２側と反対側の面がセンサチップ１０の他面１０ｂとされている。また、センサチップ１０は、半導体層１３のうちの第１面１０ａを含む一部によって構成されたダイヤフラム１８、および、半導体層１３のうち少なくともダイヤフラム１８における第１面１０ａを含む一部に不純物が添加されて形成された第２導電型（ここでは、Ｐ型）のゲージ抵抗１６を有する。本実施形態に係る圧力センサＳ１では、このダイヤフラム１８およびゲージ抵抗１６を含むセンシング部を備えている。また、ゲージ抵抗１６を形成するのに用いられる不純物としては、例えばボロンなどの公知のあらゆる不純物が採用され得る。

なお、本実施形態では、支持基板１１および半導体層１３としてシリコン基板が用いられ、絶縁膜１２として酸化膜（ＳｉＯ２）等が用いられる。また、本実施形態の支持基板１１は、厚さが３００μｍ程度とされている。

そして、図１に示すように、支持基板１１には、他面１０ｂにおける一端部側（図１中紙面右側の端部側）に、絶縁膜１２に達する断面矩形状の凹部（以下、第１凹部という）１５が形成されている。なお、上記したダイヤフラム１８は、半導体層１３のうち第１凹部１５の底面を構成する部分で構成されている。

さらに、半導体層１３には、ダイヤフラム１８よりも他端部側（図１中紙面左側の端部側）に配線層１７が形成されている。この配線層１７は、半導体層１３内を適宜引き回されることにより、図１とは異なる別断面において、各ゲージ抵抗１６の接続点と電気的に接続されている。

ここで、図２に示すように、本実施形態に係る圧力センサＳ１では、第１面１０ａに垂直な方向に切断された断面（図２に示す断面）において、ゲージ抵抗１６が、ダイヤフラム１８の一部であってゲージ抵抗１６を分離する分離部１９を挟んで複数の部分（１６ａ、１６ｂなど）に分離されている。そして、本実施形態に係る圧力センサＳ１では、分離部１９における第１面１０ａにトレンチ１９ａが形成され、トレンチ１９ａの内壁面に絶縁膜１９ｂが形成されている。すなわち、本実施形態に係る圧力センサＳ１では、第１面１０ａにおける分離部１９に配置された絶縁膜１９ｂが、第１面１０ａ上に形成されずに、トレンチ１９ａの内壁面に形成されている。この絶縁膜１９ｂは、ＳＯＧ（Spin On Glass）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）などによって構成される。

このため、本実施形態に係る圧力センサＳ１では、高温熱処理をしたときに、ゲージ抵抗１６に添加された不純物がゲージ抵抗１６から基準圧力室３０内に外方拡散しようとしても、ダイヤフラム１８における第１面１０ａに形成された絶縁膜１９ｂによって妨げられる。よって、本実施形態に係る圧力センサＳ１では、外方拡散した不純物が分離部１９に再拡散することによって分離部１９を挟んだ複数のゲージ抵抗１６部分の間でリーク電流が流れてしまうという事態が生じ難くなる。

なお、図３は、本実施形態に係る圧力センサＳ１における図２中の符号IIIの領域の部分について、図２中紙面の上から下に見た平面構成を示す図である。なお、図３では、便宜上、図２における符号IIIの領域の最右端に配置された絶縁膜１９ｂ部分の図示を省略してある。また、図２では、図３におけるII−II断面に対応している。

図１に示すように、キャップ２０は、一面（以下、第２面という）２１ａおよび他面２１ｂを有するシリコン基板２１を備える構成とされている。この第２面２１ａには、凹部（以下、第２凹部という）２１ｃが形成され、絶縁膜２２と、他面２１ｂに形成された絶縁膜２３とを有している。そして、絶縁膜２２が半導体層１３と接合されている。

図１に示すように、絶縁膜２２は、センサチップ１０とシリコン基板２１とを絶縁するための膜であって、酸化膜（ＳｉＯ２）等の絶縁材料で構成され、第２面２１ａのうち第２凹部２１ｃが形成された部分以外の部分の少なくとも一部を被覆する膜である。なお、ここでは一例として、図１に示すように、絶縁膜２２は、第２面２１ａの全面（第２凹部２１ｃが形成された部分およびその他の部分）を被覆している。

なお、本実施形態では、絶縁膜２２のうちシリコン基板２１側と反対側の面がキャップ２０の一面２０ａとされ、絶縁膜２３のうちシリコン基板２１側と反対側の面がキャップ２０の他面２０ｂとされている。

そして、図１に示すように、キャップ２０は、半導体層１３のうち第１凹部１５の底面と対向する部分に、シリコン基板２１に形成された第２凹部２１ｃによって構成される窪み部２０ｃが形成されている。また、キャップ２０は、第２面２１ａのうち第２凹部２１ｃが形成された部分以外の部分であって絶縁膜２２によって被覆された部分とセンサチップ１０の第１面１０ａとが接触させられつつ、センサチップ１０に接合されている。これにより、センサチップ１０とキャップ２０との間には、センサチップ１０と窪み部２０ｃとの間の空間によって基準圧力室３０が構成されている。言い換えると、第２凹部２１ｃとセンサチップ１０のダイヤフラム１８における第１面１０ａによって挟まれた封止空間によって基準圧力室３０が形成されている。なお、本実施形態では、後述するように、センサチップ１０とキャップ２０とは、真空条件下で接合されるため、基準圧力室３０は真空圧とされている。

また、図１に示すように、キャップ２０には、キャップ２０をセンサチップ１０とキャップ２０との積層方向に貫通する複数の貫通電極部２４が形成されている。

具体的には、各貫通電極部２４は、シリコン基板２１および絶縁膜２２を貫通して配線層１７を露出させる貫通孔２４ａの壁面に絶縁膜２４ｂが形成され、絶縁膜２４ｂ上に配線層１７と電気的に接続される貫通電極２４ｃが形成されている。そして、貫通電極２４ｃと接続されて絶縁膜２３上に配置された部分がワイヤ等を介して外部回路と電気的に接続されるパッド部２４ｄとされている。

なお、絶縁膜２４ｂとしては、例えば、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）等が用いられ、貫通電極２４ｃおよびパッド部２４ｄとしては、例えば、アルミニウム等が用いられる。

以上、本実施形態に係る圧力センサＳ１の構成について説明した。次に、本実施形態に係る圧力センサＳ１の製造方法について図４〜図８を参照して説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、第１面１０ａが形成された第１導電型（ここでは、Ｎ型）の半導体層１３を備え、複数の圧力センサに対応する複数の上記センシング部を有するセンサチップウェハ１００を用意する。このセンサチップウェハ１００としては、第１面１０ａに垂直な方向に切断された断面において、ゲージ抵抗１６が、分離部１９を挟んで複数の部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに分離されたセンサチップ１００を用意する。なお、このセンサチップウェハ１００は、ＳＯＩ基板１４を用意し、半導体層１３にゲージ抵抗１６や配線層１７を形成することで製造される。また、ＳＯＩ基板１４は、例えば、支持基板１１および半導体層１３の一方に絶縁膜１２を形成し、絶縁膜１２を介して支持基板１１と半導体層１３とを貼り合わせることで用意される。以上説明したようにセンサチップウェハ１００を用意する工程が、特許請求の範囲に記載の第１工程に相当する。

次に、センサチップウェハ１００において、トレンチ１９ａおよび絶縁膜１９ｂを形成する。トレンチ１９ａおよび絶縁膜１９ｂを形成方法について、ＳＯＧで構成された絶縁膜１９ｂを形成する場合を例として、図５を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ドライエッチングなどによって、センサチップウェハ１００の分離部１９における第１面１０ａにトレンチ１９ａを形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、センサチップウェハ１００におけるトレンチ１９ａ以外の部分を含めた第１面１０ａの全面に液体状のＳＯＧを塗布して、トレンチ１９ａを埋め込みつつ第１面１０ａを被覆するように、ＳＯＧで構成された絶縁膜１９ｂを形成する。ここでは一例として、トレンチ１９ａを埋め込みつつ第１面１０ａの全面を被覆するように、ＳＯＧで構成された絶縁膜１９ｂを形成している。次に、図５（ｃ）に示すように、エッチバックまたはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）などによって、第１面１０ａに形成された絶縁膜１９ｂのうち、トレンチ１９ａの内壁面に形成された部分を残しつつ、その他の部分（第１面１０ａの上方に位置する部分）を除去する。

また、トレンチ１９ａおよび絶縁膜１９ｂを形成方法について、シリコン酸化膜で構成された絶縁膜１９ｂを例として、図６を参照して説明する。まず、ＳＯＧの場合と同様、図６（ａ）に示すように、ドライエッチングなどによって、センサチップウェハ１００の分離部１９における第１面１０ａにトレンチ１９ａを形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相蒸着）法などによって、センサチップウェハ１００におけるトレンチ１９ａ以外の部分を含めた第１面１０ａの全面にシリコン酸化膜を形成する。これにより、トレンチ１９ａを埋め込みつつ第１面１０ａの全面を被覆するように、ＳＯＧで構成された絶縁膜１９ｂを形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、ＣＭＰなどによって、センサチップウェハ１００における絶縁膜１９ｂのうち、トレンチ１９ａの内壁面に形成された部分を残しつつ、その他の部分（第１面１０ａの上方に位置する部分）を除去する。以上のようにして、センサチップウェハ１００において、トレンチ１９ａの内壁面に絶縁膜１９ｂが形成される。以上説明したようにセンサチップウェハ１００のトレンチ１９ａの内壁面に絶縁膜１９ｂを形成する工程が、特許請求の範囲に記載の第２工程に相当する。

また、図４（ｂ）に示すように、複数の圧力センサに対応する第２凹部２１ｃが形成された第２面２１ａを有し、第２面２１ａのうち第２凹部２１ｃが形成された部分以外の部分の少なくとも一部が絶縁膜２２によって被覆されたキャップウェハ２００を用意する。ここでは一例として、第２面２１ａの全面（第２凹部２１ｃが形成された部分およびその他の部分）を被覆する絶縁膜２２が形成されたキャップウェハ２００を用意している。なお、このキャップウェハ２００は、例えば、キャップ２０を構成するシリコン基板２１を用意し、シリコン基板２１に第２凹部２１ｃを形成した後、シリコン基板２１の第２面２１ａに熱酸化法またはＣＶＤ法等によって絶縁膜２２を形成することで製造される。以上説明したようにキャップウェハ２００を用意する工程が、特許請求の範囲に記載の第３工程に相当する。

第１〜３工程の次に、図４（ｂ）に示すように、センサチップウェハ１００の第１面１０ａと、キャップウェハ２００の第２面２１ａのうち第２凹部２１ｃが形成された部分以外の部分であって絶縁膜２２によって被覆された部分とを接触させつつ、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００とを接合する。このとき、センサチップウェハ１００のダイヤフラム１８における第１面１０ａとキャップウェハ２００の第２凹部２１ｃとによって挟まれた封止空間によって基準圧力室３０が形成されるように、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００とを接合する。以上説明したようにセンサチップウェハ１００とキャップウェハ２００とを接合する工程が、特許請求の範囲に記載の第４工程に相当する。

なお、特に限定されるわけではないが、例えば直接接合にて、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００とを接合、つまり、ＳＯＩ基板１４における半導体層１３に、絶縁膜２２が形成されたシリコン基板２１を貼り合わせることができる。すなわち、まず、ＳＯＩ基板１４と絶縁膜２２が形成されたシリコン基板２１とを真空装置内に配置する。そして、半導体層１３および絶縁膜２２にＮ_２プラズマ、Ｏ_２プラズマ、またはＡｒイオンビームを照射し、半導体層１３および絶縁膜２２の各表面（貼り合わせ面）を活性化させる。次に、真空装置内にて、ＳＯＩ基板１４およびシリコン基板２１に適宜設けられたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によりアライメントを行い、室温〜５５０℃で半導体層１３と絶縁膜２２とを貼り合わせる。これにより、センサチップ１０と窪み部２０ｃとの間に基準圧力室３０が構成される。なお、ここでは直接接合を例に挙げて説明したが、半導体層１３と絶縁膜２２とは、陽極接合や中間層接合、フージョン接合等の接合技術によって接合されてもよい。そして、接合後に、高温アニール等の接合品質を向上させる処理を行ってもよい。さらに、接合後に、シリコン基板２１を他面２１ｂから研削、研磨し、所望の厚さに加工してもよい。

ここで、この第４工程では、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００との接合位置に誤差が生じることが問題となる。すなわち、図２のように、絶縁膜２２が分離部１９に接触しないようにセンサチップウェハ１００とキャップウェハ２００とを接合しようとしても、図７に示すように接合位置がずれてしまって、絶縁膜２２が分離部１９と接触してしまう場合がある。ここで、図８に示すようにトレンチ１９ａの内壁面ではなく第１面１０ａ上に絶縁膜２２が形成されている場合、絶縁膜２２が分離部１９と接触するように接合位置がずれてしまった場合、絶縁膜２２に接触させられた絶縁膜１９ｂの膜厚の影響により、キャップウェハ２００（絶縁膜２２）がセンサチップウェハ１００（半導体層１３）に対して浮いた状態となる。また、絶縁膜同士（絶縁膜２２と絶縁膜１９ｂ）における接合は、絶縁膜と半導体材料における接合に比べて、接合性が悪い。このため、図８のような構成においては、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００の接合性が劣悪となり易い。しかしながら、本実施形態に係る圧力センサＳ１の製造方法では、このように接合位置がずれた場合であっても、絶縁膜１９ｂがトレンチ１９ａの内壁面に形成されている。このため、本実施形態に係る圧力センサＳ１の製造方法では、キャップウェハ２００がセンサチップウェハ１００に対して浮いた状態となり難く、センサチップウェハ１００（半導体層１３）とキャップウェハ２００（絶縁膜２２）とが確実に接合され易い。よって、本製造方法では、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００の接合性が良好となる。

以上のことから、本製造方法では、第４工程において、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００との接合位置に誤差が生じた場合などに、第１面１０ａに対する法線の方向において絶縁膜１９ｂ（分離部１９）と絶縁膜２２とがオーバーラップしたとしても、絶縁膜２２が第１面１０ａ上に形成された場合に比べて、両ウェハ１００、２００の接合性が良好となる。すなわち、本製造方法では、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００との接合界面に絶縁膜２２が介在する構成とはならず（なり難く）、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００とが直接接触させられて接合されているため、絶縁膜２２が介在する場合に比べて、両ウェハ１００、２００の接合性が良好となる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、キャップ２０に複数の貫通電極部２４を形成する。具体的には、シリコン基板２１の他面２１ｂに図示しないマスクを形成してドライエッチング等を行い、配線層１７に達する複数の貫通孔２４ａを形成する。次に、各貫通孔２４ａの壁面にＴＥＯＳ等の絶縁膜２４ｂを成膜する。このとき、シリコン基板２１の他面２１側に形成された絶縁膜にて絶縁膜２３が構成される。つまり、絶縁膜２３および絶縁膜２４ｂは、同じ工程で形成される絶縁膜である。

その後、各貫通孔２４ａの底部に形成された絶縁膜２４ｂを除去することにより、各貫通孔２４ａから配線層１７を露出させる。そして、各貫通孔２４ａにスパッタ法や蒸着法等によって金属膜を形成することにより、配線層１７と電気的に接続される貫通電極２４ｃを形成する。また、絶縁膜２３上に形成された金属膜を適宜パターニングしてパッド部２４ｄを形成する。このようにして、キャップ２０に複数の貫通電極部２４を形成する。

続いて、図４（ｄ）に示すように、センサチップ１０の他面１０ｂに図示しないマスクを形成してドライエッチング等を行い、第１凹部１５を形成する。これにより、センサチップ１０にダイヤフラム１８が構成され、圧力センサＳ１が製造される。

上記で説明したように、本実施形態に係る圧力センサＳ１では、第１面１０ａに垂直な方向に切断された断面において、ゲージ抵抗１６が、ダイヤフラム１８の一部であってゲージ抵抗１６を分離する分離部１９を挟んで複数の部分に分離されている。そして、分離部１９における第１面１０ａにトレンチ１９ａが形成され、トレンチ１９ａの内壁面に絶縁膜１９ｂが形成されている。

また、本実施形態に係る圧力センサＳ１の製造方法では、以下のような第１〜４工程を有する。すなわち、第１工程では、上記の半導体層１３を備えると共に、上記のダイヤフラム１８およびゲージ抵抗１６を含むセンシング部を有するセンサチップ１０を用意する。このセンサチップ１０としては、第１面１０ａに垂直な方向に切断された断面において、ゲージ抵抗１６が、ダイヤフラム１８の一部であってゲージ抵抗１６を分離する分離部１９を挟んで複数の部分１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに分離されたものを用意する。また、第２工程では、まず、センサチップ１０の分離部１９における第１面１０ａにトレンチ１９ａを形成し、トレンチ１９ａを埋め込みつつ第１面１０ａを被覆するように絶縁膜２２を形成する。その後に、絶縁膜２２のうち、トレンチ１９ａの内壁面に形成された部分を残しつつ、第１面１０ａに形成された絶縁膜２２のうちトレンチ１９ａの内壁面に形成された部分以外の部分を除去する。これにより、トレンチ１９ａの内壁面に絶縁膜１９ｂを形成する。また、第３工程では、第２凹部２１ｃが形成された第２面２１ａを有すると共に、第２面２１ａのうち第２凹部２１ｃが形成された部分以外の部分の少なくとも一部が絶縁膜２２によって被覆されたキャップ２０を用意する。また、第４工程では、センサチップ１０のダイヤフラム１８における第１面１０ａとキャップ２０の第２凹部２１ｃとによって挟まれた封止空間によって基準圧力室３０が形成されるように、センサチップとキャップとを接合する。このとき、センサチップ１０の第１面１０ａと、キャップ２０の第２面２１ａのうち第２凹部２１ｃが形成された部分以外の部分であって絶縁膜２２によって被覆された部分とを接触させつつ、センサチップとキャップとを接合する。

このため、本実施形態に係る圧力センサＳ１の製造方法では、上記第４工程にて、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００との接合における接合位置がずれた場合であっても、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００の接合性が劣悪となり難い。すなわち、本製造方法では、絶縁膜１９ｂがトレンチ１９ａの内壁面に形成されているため、キャップウェハ２００がセンサチップウェハ１００に対して浮いた状態となり難く、センサチップウェハ１００（半導体層１３）とキャップウェハ２００（絶縁膜２２）とが確実に接合され易い。よって、本製造方法では、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００の接合性が良好となる。（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、第１実施形態では、接合界面に絶縁膜２２が介在する構成とはならないように、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００とを直接接触させて接合することにより、両ウェハ１００、２００の接合性を良好にしていた。しかしながら、センサチップウェハ１００とキャップウェハ２００との間に、両ウェハ１００、２００の接合性との接合性に優れる層を介在させてもよい。この場合においても、両ウェハ１００、２００の接合性を良好にすることができる。

また、図９に示すように、第１実施形態において、ダイヤフラム１８における第１面１０ａのうち基準圧力室３０側の面に絶縁膜２５を形成してもよい。この場合、高温熱処理をしたときに、ゲージ抵抗１６に添加された不純物がゲージ抵抗１６から基準圧力室３０内に外方拡散しようとしても、不純物は、絶縁膜２５によって妨げられることで、外方拡散し難くなる。このため、外方拡散した不純物が分離部１９に再拡散することによって分離部１９を挟んだ複数のゲージ抵抗１６部分の間でリーク電流が流れてしまうという事態がより生じ難くなる。

また、図１０に示すように、第１実施形態において、トレンチ１９ａを、絶縁膜１２に至るまで半導体層１を貫通するように形成してもよい。この場合、さらに、分離部１９における絶縁膜１９ｂが基準圧力室３０から離され、外方拡散した不純物が分離部１９に再拡散し難くなる。よって、外方拡散した不純物が分離部１９に再拡散することによって分離部１９を挟んだ複数のゲージ抵抗１６部分の間でリーク電流が流れてしまうという事態がより生じ難くなる。なお、図１０では、絶縁膜１９ｂの図示を省略してある。

また、図１１、図１２に示すように、第１実施形態において、トレンチ１９ａを、深い部分を浅い部分よりも広い（第１面１０ａに平行な方向に広い）形状としてもよい。ここでは一例として、逆テーパー形（図１１を参照）やノッチを形成した形（図１２を参照）としている。この場合、外方拡散した不純物がトレンチ１９ａの底面の端（図１０、図１１中紙面の左右端）に再拡散（付着）し難くなる。よって、外方拡散した不純物が分離部１９に再拡散することによって分離部１９を挟んだ複数のゲージ抵抗１６部分の間でリーク電流が流れてしまうという事態がより生じ難くなる。

また、第１実施形態における製造方法では、センサチップウェハ１００、キャップウェハ２００というウェハ状態のセンサチップ１０とキャップ２０を接合したものを個片化することにより、複数の圧力センサＳ１を製造していた。すなわち、第１実施形態における製造方法では、ＷＬＰ（Wafer Level Packaging）によって圧力センサＳ１を製造していた。しかしながら、圧力センサＳ１の製造方法は、ＷＬＰによる方法に限られるわけではない。つまり、第１実施形態の第１〜３工程において、センサチップウェハ１００、キャップウェハ２００をセンサチップ１０、キャップ２０に置き換えて第１実施形態と同様の方法を用いて、第１実施形態で説明した構成のセンサチップ１０、キャップ２０を１個ずつ用意して、第４工程において、これら１０、２０を第１実施形態で説明したように接合することで、１個の圧力センサＳ１を製造してもよい。

１０センサチップ
１３半導体層
１６ゲージ抵抗
１８ダイヤフラム
１９分離部
１９ａトレンチ
１９ｂ（トレンチ１９ａの内壁面に形成された）絶縁膜
２０キャップ
２１ｃ（キャップの）凹部（第２凹部）
２２（キャップの）絶縁膜
３０基準圧力室
１００センサチップウェハ
２００キャップウェハ

Claims

第１面（１０ａ）が形成された第１導電型の半導体層（１３）を備えると共に、前記半導体層のうちの前記第１面を含む一部によって構成されたダイヤフラム（１８）、および、前記半導体層のうち少なくとも前記ダイヤフラムにおける前記第１面を含む一部に形成された第２導電型のゲージ抵抗（１６）を含むセンシング部を有するセンサチップ（１０）と、
凹部（２１ｃ）が形成された第２面（２１ａ）を有すると共に、前記第２面のうち前記凹部が形成された部分以外の部分の少なくとも一部が第１絶縁膜（２２）によって被覆され、前記第２面のうち前記凹部が形成された部分以外の部分であって前記第１絶縁膜によって被覆された部分と前記センサチップの第１面とが接触させられ、前記凹部と前記センサチップのダイヤフラムにおける第１面によって挟まれた封止空間によって基準圧力室（３０）を形成するキャップ（２０）と、を有し、
前記第１面に垂直な方向に切断された断面において、前記ゲージ抵抗が、前記ダイヤフラムの一部であって前記ゲージ抵抗を分離する分離部（１９）を挟んで複数の部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）に分離されており、
前記分離部における前記第１面には、前記断面において、前記複数の部分のうち隣接する部分同士の間の領域を隔てるトレンチ（１９ａ）が形成され、前記トレンチの内壁面に第２絶縁膜（１９ｂ）が形成されており、
前記ダイヤフラムにおける前記第１面のうち前記基準圧力室側の面であって、前記キャップの前記凹部と向き合う領域の内側にのみ第３絶縁膜（２５）が形成されており、
前記第３絶縁膜は、少なくとも前記ゲージ抵抗上に配置され、前記ゲージ抵抗に含まれる不純物の外方拡散を抑制することを特徴とする圧力センサ。
請求項１に記載の圧力センサの製造方法であって、
第１面（１０ａ）が形成された第１導電型を有する半導体層（１３）を備えると共に、前記半導体層のうちの前記第１面を含む一部によって構成されたダイヤフラム（１８）、および、前記半導体層のうち少なくとも前記ダイヤフラムにおける前記第１面を含む一部に形成された第２導電型のゲージ抵抗（１６）によって構成されるセンシング部を有し、前記第１面に垂直な方向に切断された断面において、前記ゲージ抵抗が、前記ダイヤフラムの一部であって前記ゲージ抵抗を分離する分離部（１９）を挟んで複数の部分（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）に分離されたセンサチップ（１０）を用意する第１工程と、
前記センサチップの分離部における第１面に、前記断面において、前記複数の部分のうち隣接する部分同士の間の領域を隔てる前記トレンチを形成し、前記トレンチを埋め込みつつ前記第１面を被覆するように前記第２絶縁膜を形成した後に、前記第２絶縁膜のうち、前記トレンチの内壁面に形成された部分を残しつつ、前記第１面に形成された前記第２絶縁膜のうち前記トレンチの内壁面に形成された部分以外の部分を除去することで、前記トレンチの内壁面に前記第２絶縁膜を形成する第２工程と、
凹部（２１ｃ）が形成された第２面（２１ａ）を有すると共に、前記第２面のうち前記凹部が形成された部分以外の部分の少なくとも一部が第１絶縁膜（２２）によって被覆されたキャップ（２０）を用意する第３工程と、
前記センサチップのダイヤフラムにおける第１面と前記キャップの凹部とによって挟まれた封止空間によって基準圧力室（３０）が形成されるように、前記センサチップの第１面と、前記キャップの第２面のうち凹部が形成された部分以外の部分であって前記第１絶縁膜によって被覆された部分と、を接触させつつ、前記センサチップと前記キャップとを接合する第４工程と、を有し、
前記第３工程と前記第４工程との間に、前記ダイヤフラムにおける前記第１面のうち前記基準圧力室側の面であって、前記キャップの前記凹部と向き合う領域の内側にのみ少なくとも前記ゲージ抵抗を覆い、前記ゲージ抵抗に含まれる不純物の外方拡散を抑制する第３絶縁膜（２５）を形成する工程を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。