JPH06207872A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リング状ダイヤフラムを有する半導体圧力セ
ンサにおいて、電解エッチング時の基板裏面側のコード
接続箇所を１箇所とすることができ、電解エッチング作
業の作業性および生産性を向上させる。 【構成】 半導体基板１の凹部が形成される裏面に貴金
属膜１１を形成し、この貴金属膜１１をエッチングして
所定のパターン形状にする。パターン形状は、半導体基
板１の裏面中央部を被う金属膜部分１１Ａと、周縁部を
被う金属膜部分１１Ｂと、これら両部分を接続する複数
のブリッジ１１Ｃとからなる。パターン形成後、貴金属
膜１１を陽極としフッ化水素中で半導体基板１の裏面を
電解エッチングして薄肉化し、リング状のダイヤフラム
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は差圧あるいは圧力を検出
する半導体圧力センサの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体圧力センサとして
はＳｉ（シリコン）半導体ダイヤフラムを利用したもの
が知られている。このＳｉダイヤフラム型半導体圧力セ
ンサは、図１０、図１１に示すようにＳｉ単結晶からな
る半導体基板１の表面に不純物の拡散もしくはイオン打
ち込み技術によりピエゾ領域として作用する４つの差圧
検出用ゲージ２を形成すると共に、Ａｌの蒸着等により
リード３を形成してゲージ２をホイールストーンブリッ
ジに結線し、裏面の一部をエッチングによって除去し凹
部４を形成することにより厚さ２０〜５０μｍ程度の薄
肉部、すなわちダイヤフラム５を設けて構成したもの
で、ダイヤフラム５の表裏面に測定すべき圧力Ｐ1 ，Ｐ
2 をそれぞれ加えると、ゲージ２の比抵抗が変化し、こ
の時の抵抗変化に伴う電圧を検出し、差圧または圧力を
測定するものである。

【０００３】ダイヤフラム５の形状としては円形、リン
グ状、正方形、長方形等種々の形状のものがあり、この
形状によってブリッジを構成した時の出力電圧が異な
る。またダイヤフラム５の厚さによっても出力電圧が異
なり、薄い程歪量が大きくなるため、大きな出力電圧を
得ることができる。一方、ゲージ２の向きも出力電圧に
影響する。結晶面方位（１００）のＳｉ上にゲージ２を
設ける場合、ピエゾ抵抗係数が最大になる向きは＜１１
０＞の結晶軸方向であるため、この方向にゲージ２を形
成することが望ましい。ピエゾ抵抗係数はｐ型、ｎ型共
に半導体基板への不純物のドーピング量が多くなるにつ
れて低下する。このため、ゲージ２の比抵抗の変化率を
大きくして、圧力に対する感度を上げるには不純物濃度
を低く設定する。また、ピエゾ抵抗係数は、ｐ型と，ｎ
型で異なり、ｐ型のほうがより大きく、このためｎ型半
導体上にｐ型抵抗層を設けるのが一般的である。

【０００４】ダイヤフラム５の製作方法としては、通常
エッチング液に半導体基板を浸漬して電解エッチングす
る。電解エッチングに際しては、半導体基板の凹部が
形成される一方の面にＰｔ，Ａｕ等の貴金属膜を蒸着等
によって形成する。貴金属膜の表面にフォトレジスト
をスピンコーティングによって塗布する。フォトレジ
ストを露光、現像し、露光された箇所以外のフォトレジ
ストを除去する。フォトレジストの除去によって外部
に露呈する貴金属膜部分をスパッタリングによって除去
する。半導体基板を電解液に浸漬して貴金属膜から露
出している部分を電解エッチングし、凹部を形成する。
基板上の貴金属をスパッタリングによって除去する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した通りダイヤフ
ラムの製作に際しては通常電解エッチングによって行っ
ているが、ダイヤフラムの形状によって制約を受け、特
に図１０および図１１に示したリング状のダイヤフラム
５の場合は、生産性が悪く電解エッチングに適さないと
いう問題があった。すなわち、リング状のダイヤフラム
は半導体基板１の断面形状がＥ字型となり、裏面中央部
に島状の厚肉部６ができるため、図１２に示すように貴
金属膜７をスパッタリングによって除去した際、半導体
基板１の裏面中央部を被う貴金属膜部分７ａと、裏面周
縁部を被う貴金属膜部分７ｂとが分離する。そのため、
電解エッチング時にこれら両部分７ａ，７ｂに電流を流
すためのコードを接続する必要があるが、接続箇所が２
箇所のため作業性が悪く、量産性に欠ける。

【０００６】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、電解エッチング時の基板裏面側のコード接続箇所
を１箇所とすることができ、電解エッチング作業の作業
性および生産性を向上させ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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
本発明は、単結晶からなる半導体基板の一方の面にリン
グ状の凹部を形成することによりリング状の薄肉部を形
成し、この薄肉部の他方の面にピエゾ抵抗素子を設けた
半導体圧力センサの製造方法において、前記半導体基板
の凹部が形成される面に貴金属膜を形成する工程と、前
記貴金属膜の、前記半導体基板の凹部形成予定部に対応
する部分を複数個の幅の狭いブリッジを残して除去する
パターンニング工程と、前記貴金属膜を陽極としフッ化
水素中で半導体基板を電解エッチングする工程と、前記
貴金属膜およびブリッジを除去する工程とで構成したも
のである。

【０００８】

【作用】ブリッジは半導体基板の一方の中央部を被う貴
金属膜部分と、一方の面の周縁部を被う貴金属膜部分を
機械的および電気的に接続しており、電解エッチング時
の基板の一方の面側のコード接続箇所を１箇所にする。
半導体基板のブリッジによって被われている部分は、ブ
リッジ幅が狭く設定されていることで、電解エッチング
時に貴金属膜によって被われていない部分と同時にエッ
チングされる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る半導体圧力センサの製造
方法を図１〜図９に基づいて詳細に説明する。なお、図
における各部の厚み、大きさは理解を容易にするため誇
張して示しており、実際の寸法とは異なる。Ｓｉ単結晶
からなる半導体基板１の表面に不純物の拡散もしくはイ
オン打ち込み技術によりピエゾ領域としてのゲージ２お
よびＡｌの蒸着等によりリード３を形成した後、半導体
基板１の表裏面に蒸着等によってＰｔ，Ａｕ等の貴金属
膜１０，１１を形成する。図１はこの状態を示す。貴金
属膜１０，１１の厚みは１μｍ程度である。なお、ゲー
ジ２およびリード３の形成については、本願発明とは直
接関係せず、また従来周知であるためその説明を省略す
る。

【００１０】次に、基板裏面側に形成した貴金属膜１１
のパターンニングを行う。このパターンニング工程は、
先ず貴金属膜１１の表面にフォトレジスト１２をスピン
コーティングによって塗布する（図２）。次いで、フォ
トレジスト１２上にマスクを設置してフォトレジスト１
２を所定のパターンに露光し、キシレン等の現像液にて
現像することにより、露光された箇所以外のフォトレジ
ストを除去する（図３）。このため、貴金属膜１１の一
部はフォトレジスト１２の除去部１３から外部に露呈す
る。この除去部分１３のパターンは図４に示すようにリ
ング状で、半導体基板１に形成すべきリング状のダイヤ
フラムと同じ大きさではあるが、周方向に複数個、例え
ば４つに分割されたパターン形状とされる。したがっ
て、貴金属膜１１の表面上には貴金属膜１１の表面中央
部を被う円形のレジスト部１３Ａと、表面周縁部を被う
レジスト部１３Ｂと、これら両レジスト部１３Ａ，１３
Ｂを連結する帯状レジスト部１３Ｃが残っている。帯状
レジスト部１３Ｃの幅ｗは半導体基板１のエッチング深
さｔを考慮して設定されるもので、ｗ＜２ｔに設定され
る。

【００１１】フォトレジスト１２の露光、現像後、貴金
属膜１１のレジスト除去部１３から外部に露呈している
部分をスパッタリングによって除去する（図５）。そし
て、貴金属膜１１上のフォトレジスト１２を除去し（図
６）、貴金属膜１１のパターンニング工程を終了する。
図７は貴金属膜１１のパターンを示すもので、このパタ
ーンは当然のことながら図４に示したフォトレジスト１
２のパターンの同一形状とされることにより、半導体基
板１の裏面中央部を被う円形の金属膜部１１Ａと、裏面
周縁部を被う金属膜部１１Ｂと、これら両金属膜部１１
Ａ，１１Ｂを機械的および電気的に接続するブリッジ部
１１Ｃとからなり、ブリッジ部１１Ｃの幅ｄはｄ＝ｗ
で、２ｔより小さい。

【００１２】次に、図８に示すように貴金属膜１０，１
１を電源１４にコード１５を介して接続して陽極とし、
半導体基板１を電解槽１６の電解液１７中に浸漬し、貴
金属膜１１から露呈している半導体基板１の裏面を電解
エッチングすることにより、リング状の凹部４を形成す
る。コード１５の接続箇所は貴金属膜１０，１１に対し
てそれぞれ１箇所である。電解液１６としてはフッ化水
素が用いられる。エッチング深さをｔとしたとき、ブリ
ッジ１１Ｃの幅ｗをｗ＜２ｔに設定しておくと、半導体
基板１の裏面側でブリッジ１１Ｃに被われている部分も
良好にエッチングすることができ、連続したリング状の
凹部４を形成することができる。なお、図８において１
８は陰極である。

【００１３】電解エッチング後、貴金属膜１０，１１を
スパッタリングによって除去すると、所定のリング状ダ
イヤフラム５が得られ（図９）、もって半導体圧力セン
サの製造を終了する。

【００１４】なお、上記説明においては、予め半導体基
板１の表面側にゲージ２等を形成した後電解エッチング
によってダイヤフラムを形成したが、これに限らず電解
エッチングによってダイヤフラムを形成した後ゲージ２
を形成してもよいことは勿論である。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
圧力センサの製造方法によれば、半導体基板の凹部形成
側面に設けた貴金属膜のパターンニング工程において、
半導体基板の凹部形成予定部に対応する金属膜部分を複
数個の幅の狭いブリッジを残して除去することにより、
半導体基板の中央部を被う金属膜部と、周縁部を被う金
属膜部とをブリッジによって機械的および電気的に接続
したので、半導体基板の電解エッチング時にコードの接
続箇所が１箇所となり、接続箇所を削減すると共に、基
板中央部の金属膜部分にも電流の供給が可能となり、リ
ング状ダイヤフラムを有する半導体圧力センサの電解エ
ッチングによる生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】貴金属膜を形成した状態を示す図である。

【図２】フォトレジストを形成した状態を示す図であ
る。

【図３】フォトレジストを露光、現像した状態を示す図
である。

【図４】フォトレジストのパターンを示す図である。

【図５】貴金属膜をスパッタリングした状態を示す図で
ある。

【図６】フォトレジストを除去した状態を示す図であ
る。

【図７】貴金属膜のパターンを示す図である。

【図８】電解エッチングの状態を示す図である。

【図９】貴金属膜を除去した状態を示す図である。

【図１０】半導体圧力センサの従来例を示す平面図であ
る。

【図１１】同センサの断面図である。

【図１２】貴金属膜をスパッタリングした状態を示す図
である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 差圧検出用ゲージ ３ リード ４ 凹部 ５ ダイヤフラム １０，１１ 貴金属膜 １１Ｃ ブリッジ １３ フォトレジスト １４ 電源 １７ 電解液

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶からなる半導体基板の一方の面に
   リング状の凹部を形成することによりリング状の薄肉部
   を形成し、この薄肉部の他方の面にピエゾ抵抗素子を設
   けた半導体圧力センサの製造方法において、 前記半導体基板の凹部が形成される面に貴金属膜を形成
   する工程と、 前記貴金属膜の、前記半導体基板の凹部形成予定部に対
   応する部分を複数個の幅の狭いブリッジを残して除去す
   るパターンニング工程と、 前記貴金属膜を陽極としフッ化水素中で半導体基板を電
   解エッチングする工程と、 前記貴金属膜およびブリッジを除去する工程と、 からなることを特徴とする半導体圧力センサの製造方
   法。