JP7365974B2 - 半導体圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、微小な圧力を測定するダイアフラム型の半導体圧力センサと、当該半導体圧力センサの製造方法に関する。

従来、ダイアフラム型の半導体圧力センサに係る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－１４５８０１号公報

微小な圧力を検出する半導体圧力センサは、圧力変化に対する検出感度を高くするために、ダイアフラムの面積を大きくし、厚みを薄くする必要がある。例えば、ダイアフラムの面積を３ｍｍ角以下とし、厚みを２０μｍ以下とする。

従来の半導体圧力センサでは、ダイアフラムの裏面に対して膜を形成したり加工したりすることが困難であった。また、従来の半導体圧力センサは、シリコン基板の表面に設けられた積層膜だけがダイアフラムの応力特性に影響していたため、ダイアフラムの応力制御が困難であった。そのため、ダイアフラムに印加された微小な圧力が積層膜による応力（ダイアフラムの変形）の影響に埋もれてしまい、微小な圧力を精度良く検出することができなかった。

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、微小な圧力を精度良く検出することが可能な半導体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。

上記の課題を解決するために、本開示による半導体圧力センサは、第１シリコン基板と、第１シリコン基板上に設けられ、第１シリコン基板とともに閉空間を構成する第１シリコン酸化膜と、第１シリコン酸化膜上に設けられた第２シリコン基板と、第２シリコン基板の第１シリコン酸化膜が設けられた面に対向する面の表層であって、かつ平面視において閉空間と重畳する位置に設けられたゲージ抵抗と、ゲージ抵抗の一端と電気的に接続された第１電極と、ゲージ抵抗の他端と電気的に接続された第２電極とを備え、第１シリコン基板の第１シリコン酸化膜が設けられた面は平坦である。

本開示によると、半導体圧力センサは、第１シリコン基板上に設けられ、第１シリコン基板とともに閉空間を構成する第１シリコン酸化膜と、第１シリコン酸化膜上に設けられた第２シリコン基板と、第２シリコン基板の第１シリコン酸化膜が設けられた面に対向する面の表層であって、かつ平面視において閉空間と重畳する位置に設けられたゲージ抵抗と、ゲージ抵抗の一端と電気的に接続された第１電極と、ゲージ抵抗の他端と電気的に接続された第２電極とを備え、第１シリコン基板の第１シリコン酸化膜が設けられた面は平坦であるため、微小な圧力を精度良く検出することが可能となる。

実施の形態１による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。 図１のＡ１－Ａ２断面図である。 図１のＢ１－Ｂ２断面図である。 実施の形態１による半導体圧力センサの製造工程の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１による半導体圧力センサの製造工程を説明するための平面図である。 図５のＡ１－Ａ２断面図である。 図５のＢ１－Ｂ２断面図である。 実施の形態１による半導体圧力センサの製造工程を説明するための平面図である。 図８のＡ１－Ａ２断面図である。 実施の形態１による半導体圧力センサの製造工程を説明するための平面図である。 図１０のＡ１－Ａ２断面図である。 実施の形態１による半導体圧力センサの製造工程を説明するための平面図である。 図１２のＡ１－Ａ２断面図である。 図１２のＢ１－Ｂ２断面図である。 図１２のＡ１－Ａ２断面図である。 図１２のＡ１－Ａ２断面図である。 実施の形態１による半導体圧力センサの製造工程を説明するための平面図である。 図１７のＡ１－Ａ２断面図である。 図１７のＢ１－Ｂ２断面図である。 実施の形態２による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。 図２０のＡ１－Ａ２断面図である。 図２０のＢ１－Ｂ２断面図である。 実施の形態３による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。 図２３のＡ１－Ａ２断面図である。 図２３のＢ１－Ｂ２断面図である。 実施の形態３による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。 図２６のＡ１－Ａ２断面図である。 実施の形態４による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。 図２８のＡ１－Ａ２断面図である。 図２８のＢ１－Ｂ２断面図である。 実施の形態４による半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図である。 実施の形態４による半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図である。 実施の形態４による半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図である。 実施の形態４による半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図である。 実施の形態４による半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図である。

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、実施の形態１による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。図２は、図１のＡ１－Ａ２断面図である。図３は、図１のＢ１－Ｂ２断面図である。以下では、図１～３を参照して、実施の形態１による半導体圧力センサの構成について説明する。

第１シリコン基板１は、第１導電型（ｎ型）または第２導電型（ｐ型）のいずれであってもよい。また、第１シリコン基板１は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のベースとなるため、２００～９００μｍ程度の厚みとする。

第１シリコン酸化膜２は、第１シリコン基板１上に設けられ、外縁部である厚膜部２ａと、内側部である第１薄膜部２ｂとを有している。厚膜部２ａは、一方面が第１シリコン基板１に接し、他方面が第２シリコン基板４に接している。第１薄膜部２ｂは、一方面が閉空間３を隔てて第１シリコン基板１と対向し、他方面が第２シリコン基板４に接している。このように、第１シリコン酸化膜２は、第１シリコン基板１とともに閉空間３を構成している。

第２シリコン基板４は、第１導電型（ｎ型）であり、第１シリコン酸化膜２上に設けられている。ダイアフラム１０は、平面視において閉空間３と重畳する第２シリコン基板４の部分に相当する。すなわち、平面視において、ダイアフラム１０および閉空間３は一致する。

ダイアフラム１０の表面に外部から印加される圧力をＰ１とし、閉空間３内の圧力をＰ２とすると、（Ｐ２－Ｐ１）の圧力分だけダイアフラム１０が変形する。具体的には、閉空間３内の圧力Ｐ２よりも、ダイアフラム１０の表面に外部から印加される圧力Ｐ１の方が高いため、ダイアフラム１０は第１シリコン基板１側に変形する。ここで、第１シリコン酸化膜２の第１薄膜部２ｂは、ダイアフラム１０上に存在する第２シリコン酸化膜５および保護膜６の応力調整膜として機能する。従って、第１薄膜部２ｂの膜厚を適切に設定することによって、ダイアフラム１０の所望の撓み形状を得ることが可能となる。

また、第１薄膜部２ｂと第１シリコン基板１との間隔（閉空間３の高さ）によってダイアフラム１０の可動範囲を決めることができる。従って、ダイアフラム１０の表面に外部から過剰な圧力が印加された場合において、ダイアフラム１０に破壊応力以上の応力が加わらないように、第１シリコン酸化膜２の厚みおよび形状を変えることによって第１薄膜部２ｂと第１シリコン基板１との間隔を任意に設定することが可能となる。なお、実施の形態１において、第１シリコン酸化膜２の厚みは０．５～５μｍ程度であり、第２シリコン基板４におけるダイアフラム１０の厚みは５～３０μｍ程度である。

ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、第２シリコン基板４の表層（第２シリコン基板４の第１シリコン酸化膜２が形成された面に対向する面の表層）であって、かつ平面視においてダイアフラム１０と重畳する位置に設けられている。具体的には、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、図１に示すように、ダイアフラム１０を規定する４つの辺のそれぞれに設けられている。ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、第２導電型（ｐ型）であり、第２シリコン基板４の表層にイオン注入することによって形成される。

拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの一端または他端に接するように設けられている。例えば、拡散配線１２ａ（第１拡散配線）はゲージ抵抗１１ａの一端に接し、拡散配線１２ｂ（第２拡散配線）はゲージ抵抗１１ａの他端に接している。なお、ここで説明した一端および他端は逆でもよい。図１に示すように、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれは、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによってホイートストンブリッジ回路を構成するように結線されている。

ダイアフラム１０の表面に外部から印加される圧力Ｐ１と閉空間３内の圧力Ｐ２との圧力差（Ｐ１－Ｐ２）でダイアフラム１０が変形すると、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれには、ダイアフラム１０の変形量に応じた応力が加わる。ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、自身に加わる応力の大きさに応じて抵抗値が変化する特性を有する。従って、ホイートストンブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを結線することによって、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれにおける抵抗値の変化を出力電圧として検出することが可能となる。ここで検出された出力電圧は、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのそれぞれに設けられた電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから外部に出力される。例えば、電極７ａ（第１電極）は、拡散配線１２ａを介してゲージ抵抗１１ａの一端に電気的に接続されている。また、電極７ｂ（第２電極）は、拡散配線１２ｂを介してゲージ抵抗１１ａの他端に電気的に接続されている。

なお、第２シリコン基板４を第２導電型（ｐ型）とし、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを第１導電型（ｎ型）としてもよいが、この場合、ダイアフラム１０に対するゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの配置を変更する必要がある。

拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、ダイアフラム１０に圧力が印可されたときに拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで生じる抵抗値の変化を少なくすること、およびホイートストンブリッジ回路を構成するようにゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを結線する配線として使用することを目的としているため、低抵抗にする必要がある。実施の形態１において、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、拡散表面濃度を１ｅ１９～１ｅ２０ｉｏｎｓ／ｃｍ^３程度とし、拡散深さを２～５μｍ程度としている。また、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、抵抗値と、応力に対する抵抗値の変化量と、温度特性との兼ね合いから、拡散表面濃度を５ｅ１７～５ｅ１８ｉｏｎｓ／ｃｍ^３程度とし、拡散深さを０．５～１．５μｍ程度としている。

＜ダイアフラム１０を用いた圧力の検出方法＞
ダイアフラム１０の表面に外部から印加される圧力をＰ１とし、閉空間３内の圧力をＰ２とする。閉空間３は真空室であり、閉空間３内の圧力Ｐ２を基準圧力とする。これにより、実施の形態１による半導体圧力センサは、絶対圧を測定する機能を有する。

上記で説明したように、厚膜部２ａおよび第１薄膜部２ｂを有する第１シリコン酸化膜２を介して、第１シリコン基板１と第２シリコン基板４とを張り合わせることにより、キャビティＳＯＩ基板とすることができる。従って、ダイアフラム１０の撓み形状を制御し、第１シリコン基板１をストッパー構造としつつ、微小な圧力差（Ｐ１－Ｐ２）を検出することが可能となる。

圧力変化に対する検出感度は、ダイアフラム１０の厚みと、平面視におけるダイアフラム１０の面積とによって制御することができる。ダイアフラム１０の厚みは、第２シリコン基板４の厚みで規定される。ダイアフラム１０の面積は、平面視における閉空間３の面積で規定される。また、ダイアフラム１０の可動範囲は、閉空間３の高さによって制御することができる。閉空間３の高さは、厚膜部２ａと第１薄膜部２ｂとの段差で規定される。

上記より、ダイアフラム１０に破壊強度以上の応力が加わらないように、閉空間３を形成する第１シリコン基板１（閉空間３の下部に相当する第１シリコン基板１）をストッパーとして機能させることによって、ダイアフラム１０の可動範囲を制限することが可能となる。これにより、ダイアフラム１０の破損を防止することができ、取り扱いが容易な半導体圧力センサを簡単に得ることができる。

また、ダイアフラム１０上に設けられた第２シリコン酸化膜５および保護膜６との応力調整膜として、ダイアフラム１０の裏面に第１シリコン酸化膜２の第１薄膜部２ｂを設けている。これにより、ダイアフラム１０に加わる応力のバランスをとり、ダイアフラム１０の所望の撓み形状が得られ、微小な圧力変化に追従したダイアフラム１０の撓みの変化を生じさせることが可能となる。また、微小な圧力変化によってゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに応力が加わるとこれらの抵抗値が変化する。ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによってホイートストンブリッジ回路を構成するように結線されているため、自身の抵抗値の変化に応じて出力電圧が変化する。このような出力電圧の変化を電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから外部に出力することによって、微小な圧力の変化を検出することができるようになる。

例えば、半導体圧力センサが１気圧程度の圧力を検出することが可能である場合、ダイアフラム１０の面積を４００μｍ角とし、厚みを１０μｍとし、閉空間３の高さを１．５μｍ程度にすることによって、５気圧程度の圧力が印加されるとダイアフラム１０が第１シリコン基板１に接触する。このとき、第１シリコン基板１は、ストッパーとして機能する。

＜製造方法＞
実施の形態１による半導体圧力センサの製造方法について、図４～１９を用いて説明する。

図４は、実施の形態１による半導体圧力センサの製造工程の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、図５～７に示すように、第２シリコン基板４上に第１シリコン酸化膜２を形成する。第１シリコン酸化膜２の厚みは、０．５～５μｍ程度である。第１シリコン酸化膜２は周知の技術を用いて形成すればよい。例えば、第２シリコン基板４を酸素雰囲気中で７００～１１００℃程度で加熱することによって、第２シリコン基板をシリコン酸化膜に改質させたシリコン熱酸化膜（第１シリコン酸化膜２に相当）を形成する。次に、図６に示すように、写真製版処理およびエッチング処理を施すことによって、閉空間３を構成する開口部を形成する。

次に、図８，９に示すように、上記で形成した第１シリコン酸化膜２および第２シリコン基板４に対して酸化処理を施す。これにより、厚膜部２ａおよび第１薄膜部２ｂを有する第１シリコン酸化膜２が形成される。厚膜部２ａの厚みは、０．０１～２μｍ程度である。第１薄膜部２ｂを後工程で形成するダイアフラム１０の応力制御膜として機能させるために、後工程でダイアフラム１０上に形成する第２シリコン酸化膜５および保護膜６の膜応力特性合わせて、第１シリコン酸化膜２の第１薄膜部２ｂの厚みを設定する。

図９に示すように、第１シリコン酸化膜２における厚膜部２ａと第１薄膜部２ｂとの段差は、閉空間３の高さに相当する。すなわち、厚膜部２ａと第１薄膜部２ｂとの段差によって、ダイアフラム１０の可動範囲を決めることができる。

ステップＳ２において、図１０，１１に示すように、第１シリコン基板１と第２シリコン基板４とを、第１シリコン酸化膜２を介して貼り合わせ、熱処理することによって互いに接合する。これにより、第１シリコン酸化膜２における厚膜部２ａおよび第１薄膜部２ｂと、第１シリコン基板１とで閉空間３が形成される。また、第１シリコン基板１と第２シリコン基板４とを真空雰囲気中で接合することによって、閉空間３は真空室となる。このようにして形成された閉空間３の圧力Ｐ２は、後工程で形成されるダイアフラム１０に印加される圧力Ｐ１に対する基準圧力となる。

上記では、第２シリコン基板４に第１シリコン酸化膜２を形成した後に、第１シリコン基板１と第２シリコン基板４とを接合する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、第１シリコン基板１に厚膜部２ａを形成し、第２シリコン基板４に第１薄膜部２ｂを形成した後に、第１シリコン基板１と第２シリコン基板４とを接合してもよい。

ステップＳ３において、図１２～１４に示すように、第２シリコン基板４を所望のダイアフラム１０の厚みになるまで研磨する。これにより、平面視において閉空間３と重畳する第２シリコン基板４の部分は、ダイアフラム１０として機能する。ダイアフラム１０の厚みを調整することによって、圧力の検出感度を制御することができる。

なお、上記では、例えば図１３に示すように、ダイアフラム１０の裏面全体を覆うように第１シリコン酸化膜２の第１薄膜部２ｂを形成する場合について説明したが、これに限るものではない。

例えば、図１５に示すように、第１シリコン酸化膜２は、第１薄膜部２ｂの中央に開口部を有してもよい。このような構成とすることによって、ダイアフラム１０のエッジから中央にかけて、ダイアフラム１０に加わる応力を調整することができる。

また、例えば、図１６に示すように、第１シリコン酸化膜２は、平面視においてダイアフラム１０のエッジに重畳する箇所に開口部を有し、第１薄膜部２ｂの中央に第１薄膜部２ｂよりも厚い第２薄膜部２ｃを有してもよい。このような構成とすることによって、ダイアフラム１０の応力の制御を、ダイアフラム１０の表面側の膜応力を考慮してダイアフラム１０の裏面側から調整することができるため、ダイアフラム１０の撓み形状をさらに精度良く制御することができる。

ステップＳ４において、図１７～１９に示すように、第２シリコン基板４上にゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄおよび拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを形成する。

具体的には、第２シリコン基板４に対して酸化処理および写真製版処理を施した後に不純物注入を行う。その後、アニール処理および酸化処理を行うことによって、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを形成する。拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、次に形成するゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを、ホイートストンブリッジを構成するように結線するための低抵抗の配線である。実施の形態１では、注入する不純物濃度を５ｅ１４～５ｅ１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度とし、アニール温度を１０００～１１００℃程度として、１００～５００ｎｍ程度の酸化処理を施し、拡散の深さが２～５μｍ程度となる拡散層を形成する。これにより、低抵抗の拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを実現している。

次に、酸化処理および写真製版処理を施した後に不純物注入を行う。その後、アニール処理を行うことによって、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを形成する。ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれは、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによってホイートストンブリッジ回路を構成するように結線される。実施の形態１において、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを形成する際に注入する不純物濃度は、１ｅ１３～１ｅ１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２程度である。不純物濃度を低くすると、圧力変化に対する検出感度が高くなるが、温度特性が悪くなる。従って、検出感度と温度特定とのトレードオフの関係を考慮して、適切な不純物濃度を設定する。

ステップＳ５において、図１７～１９に示すように、第２シリコン基板４上に第２シリコン酸化膜５、電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、および保護膜６を形成する。

具体的には、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄおよびゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを形成する際に堆積した酸化膜を全て除去した後、第２シリコン基板４上に第２シリコン酸化膜５を形成する。このようにすることによって、ダイアフラム１０の表面に形成された第２シリコン酸化膜５が平坦となり、圧力変化に対するダイアフラム１０の変形特性が良くなる。なお、第２シリコン酸化膜５上にパッシベーション膜（図示せず）として、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）膜またはＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜を堆積してもよい。

次に、拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄから外部に電気信号を出力するために、写真製版処理およびエッチング処理を施してコンタクトホール（図示せず）を形成する。その後、第２シリコン基板４上にＡｌＳｉ、ＡｌＣｕ、Ａｌ、またはＡｌＳｉＣｕなどの金属膜を堆積してから写真製版処理およびエッチング処理を施すことによって、コンタクトホールに電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを形成する。

次に、保護膜６を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって全面に窒化膜を堆積した後、写真製版処理およびエッチング処理を施すことによって、所望の位置（電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの表面の一部）だけ開口した保護膜６を形成する。

上記のステップＳ１～ステップＳ５の各製造工程を経て完成した半導体圧力センサは、真空室である閉空間３の圧力Ｐ２を基準圧力として、ダイアフラム１０の表面で受けた圧力Ｐ１を検出する絶対圧センサとなる。

＜効果＞
実施の形態１によれば、ダイアフラム１０の裏面に応力制御膜となる第１シリコン酸化膜２の第１薄膜部２ｂを設けている。従って、第１薄膜部２ｂによって、ダイアフラム１０の表面に設けた第２シリコン酸化膜５または保護膜６の応力とのバランスをとることができ、ダイアフラム１０に加わる応力を制御してダイアフラム１０の所望の撓み形状を得ることが可能となる。

一般的には、半導体圧力センサの検出範囲の圧力がダイアフラム１０に印加されると、ダイアフラム１０が閉空間３側に撓むように制御する。これにより、微小な圧力変化をダイアフラム１０の撓み量の変化として精度良く検出することが可能となる。ダイアフラム１０の撓み量の変化は、ダイアフラム１０の４つの辺に設けたゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに加わる応力の変化、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの抵抗値の変化、ゲージ抵抗１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを拡散配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで結線することによって構成したホイートストンブリッジの出力電圧の変化として検出することが可能となる。

このように、実施の形態１によれば、簡単な製造プロセスによって、微小な圧力を高精度で検出することが可能な半導体圧力センサを得ることが可能となる。

＜実施の形態２＞
図２０は、実施の形態２による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。図２１は、図２０のＡ１－Ａ２断面図である。図２２は、図２０のＢ１－Ｂ２断面図である。以下では、図２０～２２を参照して、実施の形態２による半導体圧力センサの構成について説明する。

実施の形態２では、ダイアフラム１０の表面に設けられた保護膜６に保護膜応力調整溝１３（第１溝）を設けることを特徴としている。換言すれば、保護膜６は、平面視において閉空間３と重畳する位置に設けられた保護膜応力調整溝１３を有する。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、保護膜応力調整溝１３の形成方法について説明する。なお、実施の形態２による半導体圧力センサの製造方法について、保護膜応力調整溝１３を形成する工程以外の製造工程は実施の形態１と同様である。

図４のステップＳ５において保護膜６を形成した後、写真製版処理を施し、レジストマスク（図示せず）を用いて保護膜をエッチングする。これにより、保護膜６に保護膜応力調整溝１３が形成される。保護膜応力調整溝１３は、電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの表面の一部を開口する工程と同じ工程で形成することができるため、工程の追加は不要である。

以上のことから、実施の形態２によれば、保護膜６に保護膜応力調整溝１３を設けることによって、ダイアフラム１０に加わる応力を調整することができるため、ダイアフラム１０の撓み形状をさらに精度良く制御することが可能となる。また、このような半導体圧力センサを容易に得ることができる。

＜実施の形態３＞
図２３は、実施の形態３による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。図２４は、図２３のＡ１－Ａ２断面図である。図２５は、図２３のＢ１－Ｂ２断面図である。以下では、図２３～２５を参照して、実施の形態３による半導体圧力センサの構成について説明する。

実施の形態３では、ダイアフラム１０のエッジに沿って、第２シリコン基板４にグルーブ１４（第２溝）を設けることを特徴としている。換言すれば、第２シリコン基板４は、第１シリコン酸化膜２が設けられた面に対向する面であって、かつ平面視において閉空間３の外縁に沿って設けられたグルーブ１４を有する。その他の構成は、実施の形態２と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

グルーブ１４は、幅が３～３０μｍ程度であり、深さが０．３～３μｍ程度である。

次に、グルーブ１４の形成方法について説明する。なお、実施の形態３による半導体圧力センサの製造方法について、グルーブ１４を形成する工程以外の製造工程は実施の形態２と同様である。

図４のステップＳ３において第２シリコン基板４を研磨した後、写真製版処理を施し、レジストマスク（図示せず）を用いて第２シリコン基板４をエッチングする。これにより、第２シリコン基板４にグルーブ１４が形成される。

なお、上記とは異なる他の形成方法として、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化によってグルーブ１４を形成すべき箇所を局所的に酸化させて酸化膜を形成した後、当該酸化膜を除去することによってグルーブ１４を形成してもよい。

以上のことから、実施の形態３によれば、第２シリコン基板４にグルーブ１４を設けることによって、ダイアフラム１０の全体を薄膜化した場合と同様の効果が得られるため、微小な圧力変化に対するダイアフラム１０の検出感度を高くすることができる。また、ダイアフラム１０の面積を小さくすることが可能となり、ひいては半導体圧力センサのサイズを小さくすることができるため、低コスト化を実現することができる。

なお、図２６，２７に示すように、ダイアフラム１０のエッジ（グルーブ１４）に沿って保護膜応力調整溝１３ｂを設けてもよい。なお、保護膜応力調整溝１３ａは、図２３の保護膜応力調整溝１３に相当する。このような構成とすることによって、微小な圧力変化に対するダイアフラム１０の検出感度を高くすることができる。また、ダイアフラム１０の面積を小さくすることが可能となる。

上記では、実施の形態２で説明した構成にグルーブ１４を設ける場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、実施の形態１で説明した構成にグルーブ１４を設けてもよい。

＜実施の形態４＞
図２８は、実施の形態４による半導体圧力センサの構成の一例を示す平面図である。図２９は、図２８のＡ１－Ａ２断面図である。図３０は、図２８のＢ１－Ｂ２断面図である。以下では、図２８～３０を参照して、実施の形態４による半導体圧力センサの構成について説明する。

実施の形態４では、ダイアフラム１０の裏面のエッジに沿って、第２シリコン基板４にダイアフラムエッジ応力調整溝１５（第３溝）を設けることを特徴としている。また、ダイアフラム１０の裏面の中央領域にディンプル１６を設けることを特徴としている。換言すれば、第２シリコン基板４は、第１シリコン酸化膜２が設けられた面であって、かつ平面視において閉空間３の内周に設けられたダイアフラムエッジ応力調整溝１５を有する。また、第２シリコン基板４は、第１シリコン酸化膜２が設けられた面であって、かつ平面視において閉空間３の中央に設けられたディンプル１６を有する。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ダイアフラムエッジ応力調整溝１５およびディンプル１６の形成方法について、図３１～３５を用いて説明する。なお、実施の形態４による半導体圧力センサの製造方法について、ダイアフラムエッジ応力調整溝１５およびディンプル１６を形成する工程以外の製造工程は実施の形態１と同様である。図３１～３５に示す製造工程は、図４のステップＳ１に相当する。

まず、図３１に示すように、第２シリコン基板４上に酸化膜１７および窒化膜１８を順に形成する。酸化膜１７および窒化膜１８の厚さは、いずれも５０～１００ｎｍ程度である。その後、写真製版処理を施し、レジストマスク（図示せず）を用いて窒化膜１８だけをエッチング処理する。エッチング処理をして形成された窒化膜１８の開口部には、後工程でダイアフラムエッジ応力調整溝１５およびディンプル１６が形成される。

次に、図３２に示すように、酸化処理を施すことによってＬＯＣＯＳ酸化膜１９を形成する。酸化膜厚は５００～１６００ｎｍ程度である。これにより、窒化膜１８の開口部は局所的に酸化されるため、第２シリコン基板４の表層も酸化が進行する。

次に、図３３に示すように、ＬＯＣＯＳ酸化膜１９、窒化膜１８、および酸化膜１７を、フッ化水素（ＨＦ：hydrogen fluoride）および熱リン酸を用いて順次エッチング処理を行うことによって除去する。その結果、第２シリコン基板４にダイアフラムエッジ応力調整溝１５およびディンプル１６が形成される。

次に、図３４，３５に示すように、第１シリコン酸化膜２の厚膜部２ａおよび第１薄膜部２ｂを形成する。

以上のことから、実施の形態４によれば、ダイアフラム１０の裏面のエッジに沿って、第２シリコン基板４にダイアフラムエッジ応力調整溝１５（第３溝）を設けることによって、ダイアフラム１０の強度を向上させることができる。また、ダイアフラム１０のエッジ部が薄くなるため、より微小な圧力変化に対するダイアフラム１０の検出感度を高くすることができる。また、ダイアフラム１０の面積を小さくすることが可能となり、ひいては半導体圧力センサのサイズを小さくすることができるため、低コスト化を実現することができる。

また、ダイアフラム１０の裏面の中央領域にディンプル１６を設けることによって、ダイアフラム１０に過剰な圧力または衝撃が加わってダイアフラム１０が第１シリコン基板１と接触した場合において、ダイアフラム１０と第１シリコン基板１との接触面積を小さくすることができる。これにより、ダイアフラム１０と第１シリコン基板１との張り付き（スティッキング）を防止することができる。

実施の形態１による効果を損なうことなく上記の効果を得ることができるため、信頼性が高くかつ微小な圧力変化を高精度に検出することが可能な半導体圧力センサを容易に得ることができる。

なお、本開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 第１シリコン基板、２ 第１シリコン酸化膜、２ａ 厚膜部、２ｂ 第１薄膜部、２ｃ 第２薄膜部、３ 主開口部、４ 第２シリコン基板、５ 第２シリコン酸化膜、６ 保護膜、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 電極、１０ ダイアフラム、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ ゲージ抵抗、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 拡散配線、１３ 保護膜応力調整溝、１３ａ 保護膜応力調整溝、１３ｂ 保護膜応力調整溝、１４ グルーブ、１５ ダイアフラムエッジ応力調整溝、１６ ディンプル、１７ 酸化膜、１８ 窒化膜、１９ ＬＯＣＯＳ酸化膜。

Claims (9)

1. 第１シリコン基板と、
   前記第１シリコン基板上に設けられ、前記第１シリコン基板とともに閉空間を構成する第１シリコン酸化膜と、
   前記第１シリコン酸化膜上に設けられた第２シリコン基板と、
   前記第２シリコン基板の前記第１シリコン酸化膜が設けられた面に対向する面の表層であって、かつ平面視において前記閉空間と重畳する位置に設けられたゲージ抵抗と、
   前記ゲージ抵抗の一端と電気的に接続された第１電極と、
   前記ゲージ抵抗の他端と電気的に接続された第２電極と、
   を備え、
   前記第１シリコン基板の前記第１シリコン酸化膜が設けられた面は平坦である、半導体圧力センサ。
2. 前記第１シリコン酸化膜は、
   一方面が前記第１シリコン基板に接し、他方面が前記第２シリコン基板に接する厚膜部と、
   一方面が前記閉空間を隔てて前記第１シリコン基板と対向し、他方面が前記第２シリコン基板に接する第１薄膜部と、
   を有する、請求項１に記載の半導体圧力センサ。
3. 前記第２シリコン基板上に設けられた第２シリコン酸化膜と、
   前記第２シリコン酸化膜上に設けられた保護膜と、
   をさらに備え、
   前記保護膜は、平面視において前記閉空間と重畳する位置に設けられた第１溝を有する、請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
4. 前記第２シリコン基板は、前記第１シリコン酸化膜が設けられた面に対向する面であって、かつ平面視において前記閉空間の外縁に沿って設けられた第２溝を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
5. 前記第１シリコン酸化膜は、前記第１薄膜部の中央に設けられた開口部を有し、
   前記第２シリコン基板は、前記開口部を覆うように設けられ、
   前記閉空間は、前記第１シリコン基板、前記厚膜部、前記第１薄膜部、および前記第２シリコン基板で構成される、請求項２に記載の半導体圧力センサ。
6. 前記第１シリコン酸化膜は、前記第１薄膜部の中央に当該第１薄膜部よりも厚い第２薄膜部を有する、請求項２に記載の半導体圧力センサ。
7. 前記第２シリコン基板は、前記第１シリコン酸化膜が設けられた面であって、かつ平面視において前記閉空間の内周に設けられた第３溝を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
8. 前記第２シリコン基板は、前記第１シリコン酸化膜が設けられた面であって、かつ平面視において前記閉空間の中央に設けられたディンプルを有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
9. （ａ）第１シリコン基板を準備する工程と、
   （ｂ）第２シリコン基板を準備する工程と、
   （ｃ）前記第２シリコン基板上に、外縁部が内側部よりも厚くなるように第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
   （ｄ）前記第１シリコン酸化膜を挟むように、前記第１シリコン基板と前記第２シリコン基板とを貼り合わせる工程と、
   （ｅ）前記第２シリコン基板の前記第１シリコン酸化膜が形成された面に対向する面の表層であって、かつ平面視において前記内側部と重畳する位置に不純物を注入してゲージ抵抗を形成する工程と、
   （ｆ）前記第２シリコン基板の前記第１シリコン酸化膜が形成された面に対向する面の表層に不純物を注入して、前記ゲージ抵抗の一端に接するように第１拡散配線を形成する工程と、
   （ｇ）前記第２シリコン基板の前記第１シリコン酸化膜が形成された面に対向する面の表層に不純物を注入して、前記ゲージ抵抗の他端に接するように第２拡散配線を形成する工程と、
   （ｈ）前記第１拡散配線上に第１電極を形成する工程と、
   （ｉ）前記第２拡散配線上に第２電極を形成する工程と、
   を備える、半導体圧力センサの製造方法。

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