JPH07249782A - ヒンジ構造を有する半導体センサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱酸化膜の膜応力によりヒンジ部（梁部）が
破壊するのを防止する。 【構成】 ｎ型のエピタキシャル成長層１ａとｐ型のサ
ブストレート層１ｂとがシリコンウエハ１の表面側及び
裏面側に互いに界面を接して形成され、ウエハ１の中央
に質量部９が、周辺に枠部１３が、それら両者を隔離す
る透孔１２を挟んで形成されると共に、それら両者を橋
絡する梁部（ヒンジ部）１０がエピタキシャル成長層に
よって形成される。梁部の両端の表面付近に拡散抵抗素
子５が形成され、ウエハの表面（拡散抵抗素子上の所定
部分を除く）と裏面に熱酸化膜２′が一様に形成され、
拡散抵抗素子間を電気的に接続して抵抗ブリッジを形成
するためのメタル配線７が表面の熱酸化膜上に形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧力、加速度等の検
出に用いるヒンジ構造をもった半導体センサとその製造
法に関し、特にヒンジ部の表面に形成された熱酸化膜の
膜応力に起因するセンサの破壊の防止に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の半導体センサを図３，図
４を参照して製造工程順に説明する。 （Ａ）シリコンウエハ１の表面側にｎ型のエピタキシャ
ル成長層（以下エピ層またはｎ層と言う）１ａを、裏面
側にｎ型のサブストレート層（以下サブ層またはｐ層と
言う）１ｂを互いに界面を接するように形成する。

【０００３】（Ｂ）シリコンウエハ１を１０００℃程度
に加熱してその両面に熱酸化膜２を形成する。 （Ｃ）センサにエッチング用電極及び拡散抵抗を形成す
るための準備として表裏の熱酸化膜の一部をエッチング
除去して電極用のスペース３と抵抗用のスペース４を形
成した後、表面の抵抗用スペース４にボロンを拡散して
拡散抵抗素子（ピエゾ抵抗素子）５を形成する。

【０００４】（Ｄ）電極用スペース３に金を蒸着または
スパッタリングしてエッチング用電極６を形成すると共
に、ピエゾ抵抗素子５相互を電気的に接続して抵抗ブリ
ッジを形成するためのメタル配線（チタンの上に金）７
を表面の熱酸化膜２上に蒸着またはスパッタリングによ
り形成する。 （Ｅ）枠部、質量部及び梁部を作るための準備として、
フォトリソグラフィによりパターニングして試料の裏面
に熱酸化膜２を除去した部分８を作る。

【０００５】（Ｆ）試料を水酸化カリウム溶液につけ、
エッチング用電極６，６間に逆電圧を印加して、エッチ
ング液のエネルギーレベルに対してｎ層１ａのエネルギ
ーレベルを高く、ｐ層１ｂを低く維持して、電解エッチ
ングを行い、熱酸化膜２を除去した部分８に対応するサ
ブ層１ｂのみを除去し、質量部９を構成すべきサブ層の
部分を作製する。

【０００６】（Ｇ）フォトリソグラフィにより試料表面
をパターニングして、梁部となるべき部分を除き、中央
の質量部を作るべき部分の周りに熱酸化膜２を除去した
部分１１を作製する。 （Ｈ）試料を水酸化カリウム溶液につけてエッチング
し、熱酸化膜２を除去した部分１１に対応するエピ層１
ａを除去して、ウエハを貫通する透孔１２を形成し、質
量部９，梁部（ヒンジ部）１０及び枠部１３を完成させ
る。図３Ｈのａ−ａ′断面図に対応する半導体センサ５
０の平面図及び底面図を図４に示す。

【０００７】半導体センサ５０はその厚さ方向が例えば
加速度の入力軸とされ、ピエゾ抵抗素子５を接続したブ
リッジ回路の入力端に外部より電源電圧を印加し、ブリ
ッジの出力端に加速度に応じて発生した不平衡電圧が検
出出力となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のヒンジ構造をも
った半導体センサは、図４に示したように、熱酸化膜２
で覆われているのは表面ではほゞ全面、裏面では枠部１
３の周辺と質量部９の中央の平坦な部分である。梁部１
０の表面には熱酸化膜が形成されているが裏面には形成
されていない。熱酸化膜には常時膜応力が作用している
ため、梁部１０は表面の膜応力の影響を受け、センサ製
造プロセス中の振動、衝撃やセンサとして稼働中の入力
加速度によって梁部分（ヒンジ部分）の変形（ベンディ
ング）が必要以上に大きくなり破壊される恐れがあっ
た。

【０００９】また、図３の（Ｃ）拡散抵抗を形成する工
程、（Ｄ）のうち特にメタル配線を形成する工程におい
て、試料（特にレジストのぬれない外周面）にごみが付
いたり、表裏の熱酸化膜２に傷がつき、微小部分がはが
されて、そこから光が入射する場合があり、これらが原
因で（Ｆ）電解エッチング工程において、エッチング用
電極６−６間に電源を接続しても、ｐｎ界面でリーク電
流が大きくなり、ｐ層〜ｎ層間に印加する逆電圧が下が
って、ｎ層のエネルギーレベルが低下してしまい、ｐ層
のみならずｎ層が電解エッチングされ、ｎ層（梁部１０
など）に穴があくなどの不都合が発生する恐れがあっ
た。

【００１０】この発明の目的は、これら従来の問題を解
決して、シリコンウエハの熱酸化膜の膜応力が原因で梁
部が破壊されたり、電解エッチング工程において梁部な
どのｎ層の部分に穴があく不都合を防止しようとするも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１のヒンジを有する半導体センサの製造方
法では、半導体ウエハの表面にエピタキシャル成長層
（以下エピ層と言う）を、裏面にサブストレート層（以
下サブ層と言う）を互いに界面を接するように形成し、
そして得られた試料の両面に熱酸化膜を形成し、その熱
酸化膜を形成した試料両面に、上記エピ層及びサブ層に
それぞれ通ずるエッチング用電極を形成する。

【００１２】それらのエッチング用電極間に逆電圧を印
加した状態で、電解エッチングを行って、前記サブ層の
ウエハ中央部分（質量部を構成する部分）の周りをエッ
チング除去し、次に試料両面の前記エッチング用電極及
び前記熱酸化膜を全てエッチング除去した後、両面に新
しく熱酸化膜を形成する。その熱酸化膜を形成した試料
表面の梁部となる部分の両端の前記熱酸化膜の一部を除
去し、そして現れた前記エピ層の表面付近に拡散抵抗素
子を形成し、次に試料表面の前記熱酸化膜上に、前記拡
散抵抗素子相互を電気的に接続して抵抗ブリッジを形成
するためのメタル配線を形成する。

【００１３】次に試料の前記エピ層のウエハ中央部分
（質量部を構成する部分）の周りをエッチング除去し
て、島状の質量部とその質量部を透孔を介して取り囲む
枠部とをウエハの中央及び周辺にそれぞれ形成すると同
時に前記質量部と前記枠部とを橋絡する梁部（ヒンジ
部）を前記エピ層に形成する。 （２）請求項２の発明は前記（１）項記載のヒンジ構造
を有する半導体センサの製造方法において、前記半導体
ウエハがシリコンウエハより成るものである。

【００１４】（３）請求項３のヒンジ構造を有する半導
体センサは、エピ層とサブ層とがそれぞれ半導体ウエハ
の表面側及び裏面側に互いに界面を接して形成され、前
記半導体ウエハの中央に質量部が、周辺に枠部が、それ
ら両者を隔離する透孔を挟んで形成されると共に、それ
ら両者を橋絡する梁部（ヒンジ部）が前記エピ層によっ
て形成され、前記梁部の両端の表面付近に拡散抵抗素子
が形成され、前記半導体ウエハの表面（しかし前記拡散
抵抗素子上の所定部分を除く）と裏面に熱酸化膜が一様
に形成され、前記拡散抵抗素子間を電気的に接続して抵
抗ブリッジを形成するためのメタル配線が前記半導体ウ
エハの表面の熱酸化膜上に形成されて成るものである。

【００１５】（４）請求項４の発明では前記（３）項記
載のヒンジ構造を有する半導体センサにおいて、前記半
導体ウエハがシリコンウエハより成るものである。

【００１６】

【実施例】この発明の半導体センサを図１を参照して製
造工程順に説明する。図１には図３と対応する部分に同
じ符号を付してある。 （Ａ）シリコンウエハ１にｎ層１ａとｐ層１ｂを形成す
る。 （Ｂ）試料の両面に熱酸化膜２を形成する。

【００１７】（Ｃ）両面をフォトリソグラフィによりパ
ターニングして、熱酸化膜を除去した部分３（後に電極
を形成する部分）及び８（後にｐ層をエッチングして除
去する部分）を形成する。 （Ｄ）試料の両面の熱酸化膜を除去した部分３に金製の
エッチング用電極６を形成する。

【００１８】（Ｅ）試料の表裏のエッチング用電極６−
６間に逆電圧を印加し、ｐ層のエネルギーレベルを低
く、ｎ層のエネルギーレベルを高く維持して電解エッチ
ングを行い、裏面の熱酸化膜を除去した部分８に対応す
るｐ層を除去し、質量部９と梁部１０となるべき部分を
形成する。 （Ｆ）両面のエッチング用電極６及び熱酸化膜２を除去
する。

【００１９】（Ｇ）両面に熱酸化膜２′を形成する。 （Ｈ）表面の、後に拡散抵抗を作製すべき場所に熱酸化
膜２′を除去した部分４を形成し、それらの部分４より
ボロンを拡散させて、ピエゾ抵抗素子５を作製し、それ
らピエゾ抵抗素子５と熱酸化膜２′の上にチタンの上に
金を配したメタル配線（抵抗ブリッジを作るための配
線）７を形成する。

【００２０】（Ｉ）表面をフォトリソグラフィによりパ
ターニングして、梁部１０を除き質量部９を囲むように
熱酸化膜２′を除去した部分１１を作製する。 （Ｊ）熱酸化膜を除去した部分１１に対応するｎ層をエ
ッチング除去して透孔１２を作製し、質量部９及び梁部
１０を完成させる。図１Ｊのａ−ａ′断面に対応する半
導体センサ５０の平面図及び底面図を図２に示す。

【００２１】

【発明の効果】この発明では梁部１０の両面が熱酸化膜
２′で覆われていて、両面の膜応力がバランスするの
で、センサ製造プロセス中の振動、衝撃や、センサとし
て稼働中の入力加速度によって、梁部分の変形が必要以
上に大きくなり、破壊される恐れはない。

【００２２】この発明では、従来の製造プロセスで電解
エッチング工程の前段にあって、ごみや傷などによりエ
ッチング不良の原因を作る恐れがある拡散抵抗形成工程
及びメタル配線形成工程が、電解エッチング工程より後
段に移されているので、上記のエッチング不良が防止さ
れ、製造歩留まりを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体センサの製造工程を示す断面
図。

【図２】Ａ及びＢはそれぞれこの発明の半導体センサの
平面図及び底面図。

【図３】従来の半導体センサの製造工程を示す断面図。

【図４】従来の半導体センサの平面図及び底面図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの表面にエピタキシャル成
   長層（以下エピ層と言う）を、裏面にサブストレート層
   （以下サブ層と言う）を互いに界面を接するように形成
   し、 そして得られた試料の両面に熱酸化膜を形成し、 その熱酸化膜を形成した試料両面に、上記エピ層及びサ
   ブ層にそれぞれ通ずるエッチング用電極を形成し、 それらのエッチング用電極間に逆電圧を印加した状態
   で、電解エッチングを行って、前記サブ層のウエハ中央
   部分（質量部を構成する部分）の周りをエッチング除去
   し、 次に試料両面の前記エッチング用電極及び前記熱酸化膜
   を全てエッチング除去した後、その試料両面に新しく熱
   酸化膜を形成し、 その熱酸化膜を形成した試料表面の梁部となる部分の両
   端の前記熱酸化膜の一部を除去し、そして現れた前記エ
   ピ層の表面付近に拡散抵抗素子を形成し、 次に試料表面の前記熱酸化膜上に、前記拡散抵抗素子相
   互を電気的に接続して抵抗ブリッジを形成するためのメ
   タル配線を形成し、 次に試料の前記エピ層のウエハ中央部分（質量部を構成
   する部分）の周りをエッチング除去して、島状の質量部
   とその質量部を透孔を介して取り囲む枠部とをウエハの
   中央及び周辺にそれぞれ形成すると同時に前記質量部と
   前記枠部とを橋絡する梁部（ヒンジ部）を前記エピ層に
   形成することを特徴とする、 ヒンジ構造を有する半導体センサの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のヒンジ構造を有する半導
   体センサの製造方法において、前記半導体ウエハがシリ
   コンウエハより成ることを特徴とする。
3. 【請求項３】 エピ層とサブ層とがそれぞれ半導体ウエ
   ハの表面側及び裏面側に互いに界面を接して形成され、 前記半導体ウエハの中央に質量部が、周辺に枠部が、そ
   れら両者を隔離する透孔を挟んで形成されると共に、そ
   れら両者を橋絡する梁部（ヒンジ部）が前記エピ層によ
   って形成され、 前記梁部の両端の表面付近に拡散抵抗素子が形成され、 前記半導体ウエハの表面（しかし前記拡散抵抗素子上の
   所定部分を除く）と裏面に熱酸化膜が一様に形成され、 前記拡散抵抗素子間を電気的に接続して抵抗ブリッジを
   形成するためのメタル配線が前記半導体ウエハの表面の
   熱酸化膜上に形成されて成る、 ヒンジ構造を有する半導体センサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載のヒンジ構造を有する半導
   体センサにおいて、前記半導体ウエハがシリコンウエハ
   より成ることを特徴とする。