JPH05102494A - シリコンダイアフラム圧力センサの製造方法 - Google Patents

シリコンダイアフラム圧力センサの製造方法

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JPH05102494A
JPH05102494A JP14342091A JP14342091A JPH05102494A JP H05102494 A JPH05102494 A JP H05102494A JP 14342091 A JP14342091 A JP 14342091A JP 14342091 A JP14342091 A JP 14342091A JP H05102494 A JPH05102494 A JP H05102494A
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JP
Japan
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substrate
type
epitaxial layer
layer
type epitaxial
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JP14342091A
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English (en)
Inventor
Yuichi Kaneko
裕一 金子
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Oki Electric Industry Co Ltd
Miyazaki Oki Electric Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Miyazaki Oki Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイアフラムの厚さ制御に優れ、コレクタ抵
抗の低いバイポーラトランジスタをもつシリコンダイア
フラム圧力センサの製造方法を提供すること。 【構成】 N型Si基板101の裏面にN型埋込層10
2を形成し、このN型Si基板101の裏面に溝を形成
し、そしてN型Si基板101の裏面にP型のエピタキ
シャル層108を形成しその後、所定深さまで研磨し、
それからP型のエピタキシャル層108と他のSi基板
110を酸化膜109を介して張り合わせる、そしてN
型Si基板101表面をP型のエピタキシャル層108
が露出するまで研磨し、その後、ピエゾ抵抗形成領域1
05側の先の他のSi基板110に選択的に溝を形成す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコンダイアフラム
圧力センサ、特にシリコン半導体のもつピエゾ抵抗効果
を利用したシリコンダイアフラム圧力センサの製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、シリコン圧力センサは、小型軽量
で高性能、応答性に優れていることから、自動車、計
測、FA分野等で多用されるようになってきている。
【0003】この種の圧力センサは、文献:「集積化容
量形圧力センサ(電気学会論文誌109巻12号,p8
20 平成元年12月)」で開示されているようにシリ
コンダイアフラム上に形成したピエゾ抵抗素子の圧力に
よる抵抗変化を利用して、圧力を検出する構成が一般的
であり、基板としてシリコンを使うことからLSI等の
集積化技術との一体化も盛んに開発されている。
【0004】従来のシリコンダイアフラム圧力センサの
製造工程を図4を用いて説明する。
【0005】先ずP型シリコン基板1のバイポーラ素子
形成領域2に拡散技術によりSb(アンチモン)を拡散
し、N+ 埋込層3を形成する。(図4(a)参照) 次に、拡散技術によりピエゾ抵抗形成領域4にB(ボロ
ン)を拡散し、P+ 埋込層5を形成する。(図4(b)
参照) 次にエピタキシャル技術によりP(リン)ドープのN型
エピタキシャル層6を形成し、さらに拡散技術によりN
+ 埋込層3周辺のN型エピタキシャル層6表面からP型
シリコン基板1まで到達するP+ 分離層7を形成する。
(図4(c)参照) 次に、N型エピタキシャル層6表面とこれに対抗するP
型シリコン基板1の裏面に酸化膜8を形成する。先のN
型エピタキシャル層6表面側からバイポーラ形成領域2
にB(ボロン)を拡散し、NPNトランジスタのベース
層9を形成し、同時にピエゾ抵抗形成領域4にピエゾ抵
抗10を形成する。(図4(d)参照) 次に、先の拡散工程でダメージを受けたベース層9とピ
エゾ抵抗10上の酸化膜8を除去し、再度酸化膜11を
形成し、次に拡散技術によりバイポーラ素子形成領域2
にP(リン)を拡散し、エミッタ層12、コレクタ層1
3を形成する。それから窒化膜14をP型シリコン基板
1の裏面に形成する。さらにコンタクト孔15を形成
し、このコンタクト孔に対してAl(アルミニウム)を
埋め込みAl配線16を形成し、その上に素子を保護す
るためのパッシベーション膜17を形成する。(図4
(e)参照) 最後に、P型シリコン基板1の裏面をピエゾ抵抗10の
位置に合わせて、アルカリ性のエッチャント(KOH
等)でエッチングし、ダイアフラム18を形成する。
【0006】このとき、ダイアフラム18の厚さを精度
良く制御するためにP+ 埋込層5をエッチングストップ
層として形成してある。これはP+ 埋込層5の濃度を1
×1019/cm3 以上にしておくことによりエッチングが
ストップするといった不純物濃度依存性を利用したもの
である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べたシリコンダイアフラム圧力センサの製造方法では、
素子形成が完了した後にダイアフラムを形成しているた
めに以下のような問題点がある。
【0008】P+ 埋込層を形成した後にP+ 分離層や
ピエゾ抵抗、バイポーラ素子を拡散技術で形成している
ため、P+ 埋込層自身も拡散され濃度が低くなる。この
ためダイアフラムのエッチング時に1×1019/cm3
上の濃度を保持していることが難しく、エッチングのス
トッパとして充分機能しないということ。
【0009】ピエゾ抵抗素子の圧力変化による抵抗変
化を検出し、電気信号の処理を行うリニア回路に用いる
NPNトランジスタにおいて、N型エピタキシャル層の
厚さは、ダイアフラムの厚さにより、おのずと決定され
る。通常1mm□程度の寸法をもつダイアフラムであれば
圧力に対する強度、感度の点から20〜40μm 程度の
N型エピタキシャル層の厚さを必要とする。しかしなが
らNPNトランジスタにおけるN型エピタキシャル層の
厚さはコレクタの抵抗として電気的特性に影響を及ぼす
ため、動作時の電圧降下を少なくするためにコレクタの
抵抗を低くする方が望ましいという理由から、薄く形成
することが要求される。例えば自動車用であればバッテ
リ電源で駆動することを考えて、5〜20V程度までの
電圧でNPNトランジスタが動作すれば充分である。こ
のときのN型エピタキシャル層の厚さは、比抵抗が2Ω
cm程度であり、ダイアフラムに要求される20〜40μ
m といったN型エピタキシャル層の厚さと異なった要求
値となっている。
【0010】従って、NPNトランジスタのコレクタ抵
抗が高いといった問題点があった。
【0011】本発明は、以上述べたP+ 埋込層の濃度低
下によるダイアフラム形成時のエッチングストップ性が
悪いといった問題点、さらにはNPNトランジスタのコ
レクタ抵抗が高いといった問題点を解決するために鑑み
たものであり、ダイアフラムの厚さ制御に優れ、コレク
タ抵抗の低いNPNトランジスタをもつシリコンダイア
フラム圧力センサの製造方法を提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコンダイア
フラム圧力センサの製造方法は、第1導電型のSi基板
の裏面に第1導電型の埋込層を形成し、次に裏面の所定
部を選択的に溝を形成し、次に裏面全体に第2導電型の
エピタキシャル層を形成し、この第2導電型のエピタキ
シャル層を所定深さまで研磨し、次に先の第2導電型の
エピタキシャル層と他のSi基板を酸化膜を介して張り
合わせ、次に第1導電型のSi基板表面を第2導電型の
エピタキシャル層が露出するまで研磨するようにし、そ
の後、ピエゾ抵抗形成領域側の先の他のSi基板に選択
的に溝を形成するようにした。
【0013】
【作用】本発明のシリコンダイアフラム圧力センサの製
造方法は、第2導電型のエピタキシャル層に酸化膜を形
成するようにしたので、ダイアフラム形成時のエッチン
グストップ層となる。
【0014】また、NPNトランジスタの第1導電型の
Si基板の膜厚を薄くしてもダイアフラムの厚さを第2
導電型のエピタキシャルの膜厚と研磨により調整され
る。
【0015】
【実施例】本発明の実施例のシリコンダイアフラム圧力
センサの構造とその製造工程を図1〜3を用いて説明す
る。
【0016】先ず、比抵抗2Ω・cm程度のN型Si基板
101の裏面にバイポーラトランジスタのコレクタ抵抗
を形成するため拡散技術によりSb(アンチモン)を拡
散し、ρs =20Ω/□,Xj=5μm 程度のN+ 埋込
層102を形成する。(図1(a)参照) 次にCVD技術により2000Å程度の窒化膜103を
両面に形成し、ホトリソ技術により、裏面の窒化膜10
3をピエゾ抵抗形成領域105、バイポーラトランジス
タ形成領域104は残し、素子分離領域106に開孔部
107を形成する。(図1(b)参照) 次に、エッチング技術により、アルカリ系のエッチング
液例えばKOHで開孔部107からN型Si基板101
を深さ10μm 程度までエッチングする。(図1(c)
参照) 次に、エッチング技術により窒化膜103を除去する。
そして裏面に対してエピタキシャル技術により1000
℃程度の温度で厚さ20μm 、比抵抗2Ω・cm程度のP
型エピタキシャル層108を形成する。(図1(d)参
照) 次に、研磨技術により、裏面のP型エピタキシャル層1
08の凸部から10μm 程度研磨する。この時の研磨精
度は±1μm 程度である。これにより裏面のP型エピタ
キシャル層108は平坦化する。それから熱酸化技術に
より水蒸気中で1000℃×7分程度の条件にて100
0Å程度の酸化膜の109aを形成する。さらに同様の
条件でSi基板(P型でもN型でも良い)110を酸化
し、1000Å程度の酸化膜109bを形成する。(図
2(a)参照) 次に、Si基板110を静電圧着技術により基板温度8
00℃、パルス電圧±500V程度の条件にて、N型S
i基板101の裏面のP型エピタキシャル層108に張
り合わせる。
【0017】この時のP型エピタキシャル層108とS
i基板110の間の酸化膜109は、P型エピタキシャ
ル層108下の酸化膜109aとSi基板110上の酸
化膜109bを張り合わせたものである。(図2(b)
参照) 次に研磨技術により、N型Si基板101表面をP型エ
ピタキシャル層108の一部が露出するまで、つまり酸
化膜109から厚さ20μm まで研磨する。この時の研
磨精度は±1μm である。このようにして、N型Si基
板101の膜厚は10±1μm 程度に、P型エピタキシ
ャル層108の表面から底面までの膜厚は20±1μm
程度である。(図2(c)参照) 次に熱酸化技術により水蒸気中で1000℃×40分程
度の条件にて3000Å程度の酸化膜111を形成す
る。(図2(d)参照) 次に、ホトリソ技術によりバイポーラトランジスタのベ
ース領域の酸化膜111を開孔し、開孔部を通して拡散
技術によりB(ボロン)を拡散し、ピエゾ抵抗113を
形成する。この時ベース層112上及びピエゾ抵抗11
3上の開孔部は、拡散時に再酸化され、酸化膜111が
再度形成される。このような再酸化は、以降の拡散工程
でも同様に起る。従って以下の拡散工程では説明を省略
する。(図3(a)参照) 次にホトリソエッチング技術及び拡散技術を用いてエミ
ッタ形成領域とコレクタ取り出し形成領域にP(リン)
を拡散し、エミッタ層114、コレクタ取り出し層11
5を形成する。それからCVD技術により2000Å程
度の窒化膜119を形成し、エッチング技術により表面
の窒化膜119を除去する。次に、ホトリソエッチング
技術によりコンタクト孔116を開孔し、蒸着技術、ホ
トリソエッチング技術により、Al配線117を形成す
る。さらにCVD技術により素子を保護するためのパッ
シベーション膜118を形成する。(図3(b)参照) 次に、ホトリソエッチング技術によりピエゾ抵抗形成領
域105の裏面の窒化膜119、酸化膜111を順次除
去し開孔部120と形成する。次にエッチング技術によ
り、アルカリ系のエッチング液、例えばKOHで開孔部
120から酸化膜109をエッチングストッパとしてS
i基板110をエッチングしダイアフラム121を形成
する。この時、ダイアフラムの厚さは、N型Si基板の
表面からP型エピタキシャル層108の底面までであ
り、20±2μm 程度となる(図3(c)参照) 次に、エッチング技術により裏面の窒化膜119、酸化
膜111、酸化膜121を順次除去する。(図3(d)
参照)
【0018】
【発明の効果】上述の説明からも明らかなように本発明
のシリコンダイアフラム圧力センサの製造方法は、以下
の効果が得られる。
【0019】酸化膜をエッチングのストップとしてダ
イアフラム形成を行うため、精度の良いエッチングがで
きるという利点がある。
【0020】バイポーラトランジスタをエピタキシャ
ル層上のSi基板中で形成するようにし、ダイアフラム
をエピタキシャル層とSi基板とで形成するようにした
ため、バイポーラトランジスタのSi基板の厚さを薄く
しても、ダイアフラムの厚さを維持でき、バイポーラト
ランジスタのコレクタ抵抗を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシリコンダイアフラム圧力センサの製
造方法。
【図2】本発明のシリコンダイアフラム圧力センサの製
造工程図。
【図3】本発明のシリコンダイアフラム圧力センサの製
造工程図。
【図4】従来のシリコンダイアフラム圧力センサの製造
工程図。
【符号の説明】
101 N型Si基板 102 N+ 埋込層 108 P型エピタキシャル層 109 酸化膜 110 Si基板 111 酸化膜 112 ベース層 113 ピエゾ抵抗 114 エミッタ層 115 コレクタ取出し層 116 コンタクト孔 117 Al配線 118 パッシベーション膜 119 窒化膜 120 開孔部 121 ダイアフラム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型のSi基板の裏面に第1導電
    型の埋込層を形成する工程と、 前記裏面の所定部に選択的に溝を形成する工程と、 前記裏面に第2導電型のエピタキシャル層を形成する工
    程と、 前記第2導電型のエピタキシャル層を所定の深さまで研
    磨する工程と、 前記第2導電型のエピタキシャル層と他のSi基板を酸
    化膜を介して張り合わせる工程と、 前記第1導電型のSi基板表面を前記第2導電型のエピ
    タキシャル層が露出するまで研磨する工程と、 ピエゾ抵抗形成領域側の前記他のSi基板に選択的に溝
    を形成する工程とを有することを特徴とするシリコンダ
    イアフラム圧力センサの製造方法。
JP14342091A 1991-06-14 1991-06-14 シリコンダイアフラム圧力センサの製造方法 Pending JPH05102494A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0897439A (ja) * 1994-09-14 1996-04-12 Delco Electron Corp ワン・チップ集積センサ
US5595940A (en) * 1994-05-25 1997-01-21 Robert Bosch Gmbh Method of producing micromechanical structures
US6104073A (en) * 1996-07-31 2000-08-15 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Semiconductor integrated capacitive acceleration sensor and relative fabrication method
US9207137B2 (en) 2013-12-18 2015-12-08 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object

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US9541460B2 (en) 2013-12-18 2017-01-10 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and moving object

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