JPH0230188A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、絶対圧測定に好適な半導体圧力センサの製
造方法に関する。

（従来の技術） 第２図は、従来方法によって製造された絶対圧測定用の
半導体圧力センサの断面図であり以下この図を参照しな
がら従来の製造方法について説明する。

面指数（ｉｏｏ）、０．０１Ω程度のＰ型シリコン基板
１に３〜５Ω・Ｎ型エピタキシャル層２をダイヤフラム
の板圧の量だけ成長させる。

基板１側の裏をミラー加工して厚さ３００〜５００μｍ
程度のウェーハにする。

酸化膜３ａを５０００Ａ程度成長させ、その後両面マス
クアライナ−でダイアフラムの位置等を決定する。

次に、ダイアフラム上の配線層としてｐ＋＋（高濃度ボ
ロン）層のパターンをフォトリソグラフィで酸化膜に穴
を開け、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧｌｌ）を堆積
させて、１ｉｏｏ℃の拡散炉で熱処理し、低抵抗Ｈ３を
形成する。

その後、このＢＳＧ膜のみ１０％ＨＦで除去する。これ
は膜厚の増加を防ぐためのものである。

次に、圧力に敏感なピエゾ抵抗からなる応力感知素子部
４をダイアフラムの最大応力である周辺部にフォトリソ
グラフィで同様に形成し、イオン注入法によってボロン
イオンを例えば２．０Ｘ１Ｑ　Ｉ　４　Ｃｌ１１−２程
度注入したのち拡散炉でスランビンングする。この工程
によりピエゾ抵抗からなる応力感知素子部の圧力感度、
温度特性（圧力および抵抗値）が決まる。

従来は、温度特性（抵抗値）を重要と考え、その表面濃
度Ｏ照温度特性の最小となる点で調整していた。

ところで、従来から半導体圧力センサの欠点とされた温
度に対して敏感なパラメータを補正するために、その基
板の温度を検知する電子回路およびセンサの出力信号を
拡大する増幅回路等が必要な場合、上記各工程とともに
あるいはそれと前後して形成される。

薄肉ダイアフラム部５を形成するためには、厚肉部のシ
リコンを保護するマスクが必要である。

均一性、再現性等に優れた異方性エツチングが殻内であ
る。

ダイアフラムとなるべきエツチングする部分の酸化膜を
フォトリソグラフィによって除去する。

（１００）面を使用する場合、この時四角形の一片は必
ず＜ｉｉｏ＞方向になるようにする。

エチレンジアミンを１５０ＣＣ，ピロカテコール４８ｇ
、水を４８ｃｃそして触媒であるピラジンを０．９ｇの
割合いで混合し、温度１１０℃に保ちエツチングを行う
。

ダイアフラムの板厚となるエピタキシャル層２のＮ型に
は基板の電位を確定するためにアルミニウム等によりオ
ーム接触している電極２ａがあり、これに＋０．６Ｖ程
度の正電位を与え、負側の電位をプラチナ電極でエツチ
ング液に浸す。

すると、エツチング液にさらされたダイアフラムパター
ンのシリコンが約２μｆｆｌ／ｍｉｎ程度の速さでエツ
チングされ始める。

シリコンの基板２が３００μｍでエピタキシャル層２の
厚さが２０μｍ程度とすると、１４０分程度で所望のダ
イアフラムのエツチングが終了する。

この時、エツチング電位を一定のもとて電流をモニタし
ていれば、エツチング進行中の電流値は大きく減少する
ので、エツチング終了の目安とすることができる。

ダイアフラム形成後、マスクとして使用した酸化膜を除
去し、シリコン表面を露出させる。

この半導体圧力センサチップに真空室６を付けるには、
エツチングにより形成した窪みを利用する。

この気密封じは、アノ−デックボンディング法が一般的
である。これはシリコン基板とほぼ等しい熱膨脹係数の
パイレックスガラス７を鏡面に仕上げ、真空中でシリコ
ンの肉厚部を接触させ、約４００℃で数百Ｖから２ＫＶ
の電圧を２０分間印加する。

シリコン１とパイレックス７との界面近くで静電気力に
よりＮａ２Ｏ等の化学反応が進み安定な接合が得られる
。

導入用の穴を設けて接合し、専用囲器に豆軟しに後に、
外囲器で真空室を設け、絶対圧用のセンサにする方法も
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の製造方法にあっては、
真空室を設ける工程が外囲器搭載後のような場合、セン
サ個々でオフセット電圧がばらつきを示し、さらに外部
に補償回路が必要となり、調整が厄介になる。

また、シリコンエツチングのエツチング量が数百μｍに
及ぶと、一応なエッチ面を得ることが難しくなり、感度
にばらつきがでる。

この感度を補正する外部回路も必要となり、層高価な絶
対圧用圧力センサになる。

また、上記組立て工程では、クリーンネスを維持するこ
とが真空室の形成の信頼性に繋がり、極めて難しい工程
であった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、その目的とするところは、ロフト間において感度
特性、温度特性、オフセット電位のばらつき等の少ない
半導体圧力センサを製造することができるようにした半
導体圧力センサの製造方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、上記の目的を達成するために、表面に窪み
を形成してなる第１の半導体基板と表面にエピタキシャ
ル成長層を平坦に形成してなる第２の半導体基板とを高
真空中において向い合わせに張合わせた後、前記第２の
基板をその裏面側からエピタキシャル層が露出するまで
層上に除くことにより真空空を内蔵したダイアフラム部
を形成し、該ダイアフラム部内に応力感知素子部等を一
体に形成することを特徴とするものである。

（作用） そのような構成によれば、参照圧力である高真空を電子
回路形成前に基板内に取込み、その後のウェーハプロセ
スで機能素子を製造できるので、センサ個々の特性のば
らつきが減少する。

（実施例） 第１図は、本発明に係わる半導体圧力センサの製造方法
の１実施例を示す工程図である。

まず、第１図（ａ　）に示される様に、（１００）面を
持つ単結晶シリコンウェーハで構成されたＰ型シリコン
基板８に窪み９を形成する。

この窪み９の形成方法については、従来方法と同じであ
って、例えばＥＰＷ液でエツチングにより窪み９を正方
形に深さ１０μｍ程度形成する。

その後、同図（ｂ）に示されるように、マスクとして使
用された酸化膜をフッ化アンモニウム等で除去し、その
後表面に熱酸化膜１０を５０００Ａ程度成長させる。

方、同図（Ｃ）に示されるように、別のＰ型シリコン基
板１２を用意し、その表面に薄肉ダイアフラム部の肉厚
に対応した厚さだけＮ型エピタキシャル層１３を平坦に
成長させる。

その後、同図（ｄ　）に示されるように、Ｎ型エピタキ
シャル層上に熱酸化膜１４を５０００Ａ程度成長させる
。

次いで、窪み９が形成されたＰ型シリコン基板８とＮ型
エピタキシャル層１３が形成されたＰ型シリコン基板１
２とを高温８００℃真空中（１０−Ｉｐａ以下）で向い
合わせに接合し、その状態で所定の高圧電位Ｖを加えて
静電接着を行う。

その後、同図（ｆ）に示される用に、Ｐ型シリコン基板
１２をＮ型エピタキシャル層１３が露出するまで研磨あ
るいは電解エツチングにより層上に取り除く。

このようにして残されたＮ型エピタキシャル層１３の厚
さがダイアフラム部１５の板厚となり、これにより圧力
センサの感度が決定される。

その後の工程は従来の半導体製造のプロセスと同様であ
って、すなわち感圧ピエゾ抵抗素子等の応力感知素子部
１６を、Ｎ型エビ−−キシャル層１３内に形成する。

このようにして製造された半導体圧力センサは、真空室
１７が半導体基板の内部に造り込まれており、またセン
サの基本構造が従来のウェーハプロセスを得る前に決定
している。

その後、このようにして得られた圧力センナをパイレッ
クスガラスに再び静電接着で外囲器と電気的絶縁を取り
ながらかつ圧力が印加出来るようにして搭載する。

このように、本実施例方法によれば、参照圧力である高
真空を電子回路形成前に基板内に取込み、その後のウェ
ーハプロセスで機能素子を製造できるので、センサ個々
の特性のばらつきが少なくなる。

また、機能素子を囲む上面のＮ型エピタキシャル層１３
が接着部の熱酸化ＷＡ１０．１４によって下部のシリコ
ン基板８と絶縁されているので、両者を容易に電気的に
分離することができる。

このように本実施例方法によれば、センサ構造がウェー
ハフロセス前に確定しているので、ＡＳウェーハでオフ
セット調整、感度調整が可能となり、信頼性、低価格性
、高精度化が達成される。

また、高温、真空中での機密対じのため、常温での真空
度の安定性に優れ、かつ静電接着の長期安定性と温度特
性の優秀性を利用できるので信頼性が向上する。

さらに、機能素子を囲む上部シリコン基板（工ピタキシ
ャル層１３）の電気的分離によりリーク電流の減少が可
能゛となり、外界の電位の変化にオフセット電圧が影響
されにくくなり、安定性が良好となる。

なお、以上の実施例では本発明をピエゾ抵抗型圧力セン
サに適用した場合で説明したが、本発明はその他容母型
圧カレンサにも適用することができる。

さらに、本発明を多機能型集積センサの製造に適応すれ
ば、超小型圧力センサをドライエツチングプロセスのみ
で製造でき、−層の高機能複合化を達成できる。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、圧
力センサとして必要な物理的構造をウェーハプロセス前
に決定することが出来、従ってオフセット電位はウェー
ハプロセスで最少とすることができ、かつロフト間の緒
特性のばらつきを減少させることができる。

その結果、調整が簡単になり、またシール性が安定し、
高精度な絶対圧測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を示す工程図で第２図は
従来方法により製造された半導体圧力センサの構造を示
す断面図である。 ８・・・Ｐ型シリコン基板　　９・・・窪み１２・・・
Ｐ型シリコン基板 １３・・・Ｎ型エピタキシャル層 １５・・・ダイアフラム部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に窪みを形成してなる第１の半導体基板と表面にエ
   ピタキシャル成長層を平坦に形成してなる第２の半導体
   基板とを高真空中において向かい合せに張り合わせた後
   、前記第２の基板をその裏面側からエピタキシャル層が
   露出するまで層状に除くことにより真空室を内蔵したダ
   イアフラム部を形成し、該ダイヤフラム部内に応力感知
   素子部等を一体に形成することを特徴とする半導体圧力
   センサの製造方法。