JPH10111197A - ピエゾ抵抗式半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルカリ汚染が解消され、集積回路を搭載す
ることが可能になると共に、一般的な集積回路の形成に
使用されている汎用的な半導体製造装置を使用すること
ができ、小型化も可能で歩留まりを高めることができる
ピエゾ抵抗式半導体圧力センサ及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 ピエゾ抵抗式半導体圧力センサは、シリ
コン基板１０と、このシリコン基板上に中央部を欠落し
て形成された酸化膜１１と、この酸化膜上に形成された
シリコン膜１２と、このシリコン膜の表面上に形成され
たピエゾ抵抗体１３とを有する。酸化膜１１の欠落部分
において、シリコン基板１０とシリコン膜１２との間に
空隙１４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はピエゾ抵抗式半導体
圧力センサ及びその製造方法に関し、特に、アルカリ系
のエッチング液を使用することなく製造することができ
るピエゾ抵抗式半導体圧力センサ及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のピエゾ抵抗式半導体圧力セ
ンサを示す図である。シリコン単結晶ウエハをＫＯＨ等
のアルカリエッチング液により異方性エッチングするこ
とにより、下面中央部に凹部２を有するシリコン基板１
が成形されている。

【０００３】このシリコン基板１の下面はその中央部が
ＫＯＨ等のアルカリエッチング液により異方性エッチン
グされて凹部２が形成されており、この凹部２によりシ
リコン基板１の下面中央部に所定の厚さのダイヤフラム
３が形成されている。

【０００４】このダイヤフラム３の表面上に、２対のピ
エゾ抵抗体４がその対角線を垂直にして配置されて形成
されている。なお、シリコン基板１の下部に前記凹部２
を密封するように、基板が固定されており、これによ
り、絶対圧を測定する圧力センサが製造される。また、
シリコン基板１の下部に固定される基板として貫通孔を
有するものを使用すれば、この貫通孔により外部と凹部
２の空間とが連通し、相対圧を測定する圧力センサが製
造される。

【０００５】この従来のピエゾ抵抗式半導体圧力センサ
においては、圧力が印加されると、ダイヤフラム３が変
形し、ダイヤフラム３に形成されたピエゾ抵抗体４の抵
抗値が変化し、これにより圧力の変化が電気信号に変換
されて検出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のピエゾ抵抗式半導体圧力センサは、ダイヤフラム３
を形成するために、ＫＯＨ等のアルカリ系のエッチング
液を使用して湿式エッチングする必要がある。このた
め、製造装置としては、汎用的な半導体装置を使用する
ことができず、専用の製造装置を設置する必要がある。

【０００７】而して、圧力検出回路をピエゾ抵抗体と共
に、チップに搭載しようとすると、このような集積回路
をチップ上に形成した後、アルカリエッチング液により
湿式エッチングする必要がある。そうすると、集積回路
がアルカリ液により汚染されてしまい、集積回路の特性
が低下してしまう。このため、従来のピエゾ抵抗式半導
体圧力センサのチップには、例えばパターン幅で１μｍ
以下の微細な集積回路を搭載し、高い歩留を維持するこ
とが困難であった。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アルカリ汚染が解消され、集積回路を搭載
することが可能になると共に、一般的な集積回路の形成
に使用されている汎用的な半導体製造装置を使用するこ
とができ、小型化も可能で歩留まりを高めることができ
るピエゾ抵抗式半導体圧力センサ及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るピエゾ抵抗
式半導体圧力センサは、シリコン基板と、このシリコン
基板上に中央部を欠落して形成された酸化膜と、この酸
化膜上に形成されたシリコン膜と、このシリコン膜の表
面上に形成されたピエゾ抵抗体とを有し、前記酸化膜の
欠落部分において前記シリコン基板とシリコン膜との間
に空隙が形成されていることを特徴とする。

【００１０】このピエゾ抵抗式半導体圧力センサにおい
ては、前記シリコン基板に前記空隙を外部に連通させる
貫通孔を形成することにより、差圧式の圧力センサを得
ることができる。

【００１１】また、本発明に係る第１のピエゾ抵抗式半
導体圧力センサの製造方法は、シリコン基板を酸化して
表面に酸化層を形成する工程と、フォトリソエッチング
により前記酸化層をエッチングして所定部分が欠落した
酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜上に他のシリコン
基板を貼り合わせる工程と、この他のシリコン基板を研
磨して所定の厚さのシリコン膜を形成する工程と、前記
シリコン膜の表面上にピエゾ抵抗体を形成する工程と、
を有することを特徴とする。

【００１２】本発明に係る第２のピエゾ抵抗式半導体圧
力センサの製造方法は、シリコン基板を酸化して表面に
酸化層を形成する工程と、フォトリソエッチングにより
前記酸化層をエッチングして所定部分が欠落した酸化膜
を形成する工程と、前記酸化膜上に所定の厚さのシリコ
ン膜を貼り合わせる工程と、前記シリコン膜の表面上に
ピエゾ抵抗体を形成する工程と、を有することを特徴と
する。

【００１３】本発明においては、シリコン基板とシリコ
ン膜とが酸化膜をスペーサとして積層されており、酸化
膜の欠落部分において、シリコン基板とシリコン膜とに
挟まれた空隙が形成されている。そして、シリコン膜の
表面上にピエゾ抵抗体が形成されている。このため、シ
リコン膜に圧力が印加されると、シリコン膜が変形し、
ピエゾ抵抗体に応力が印加されてその抵抗値が変化す
る。これにより、圧力又は圧力の変化が電気的に検出さ
れる。

【００１４】この本発明においては、ピエゾ抵抗体が形
成されたシリコン膜は、圧力が印加されると、酸化膜の
欠落部に形成される空隙内で変形する。このような欠落
部を有する酸化膜は、通常の半導体製造装置において使
用されているフォトリソグラフィ技術により形成するこ
とができる。即ち、本発明は、アルカリ液による異方性
エッチングは不要であり、フッ酸系のエッチング液によ
り酸化膜の欠落部をエッチング成形することができるの
で、アルカリ汚染は生じない。このため、集積回路をチ
ップに搭載することが可能となり、また通常の半導体製
造装置を使用して本発明の圧力センサを製造することが
でき、更に、製造歩留まりも高い。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の
実施例に係るピエゾ抵抗式半導体圧力センサを示す断面
図、図２は同じくその平面図である。なお、図１は図２
のＡ−Ａ線による断面図である。シリコン基板１０の上
に、中央部に正方形の欠落部を有するＳｉＯ₂酸化膜１
１が形成されている。そして、この酸化膜１１上にシリ
コン膜１２が積層されており、酸化膜１１の欠落部に、
この酸化膜１１に囲まれ、シリコン基板１０及びシリコ
ン膜１２に挟まれた空隙１４形成されている。

【００１６】また、シリコン膜１２の表面上には、２対
のピエゾ抵抗体１３がその対向方向を相互に直交させて
形成されている。このピエゾ抵抗体１３は１対が酸化膜
１１の内縁上に配置されており、他の１対は空隙１４内
に配置されている。ピエゾ抵抗体１３にはシリコン膜１
２上に形成された配線層が接続されており、この配線層
を介してピエゾ抵抗体１３の抵抗値が外部回路により検
出されるようになっている。なお、本実施例において
は、空隙１４はシリコン基板１０、シリコン膜１及び酸
化膜１１により密封されている。なお、シリコン膜１２
は厚さが数十μｍ、酸化膜１１は厚さが数μｍ、チップ
サイズは約３ｍｍ×３ｍｍである。

【００１７】このように構成されたピエゾ抵抗式圧力セ
ンサにおいては、シリコン膜１２に圧力が印加される
と、このシリコン膜１２が変形し、その変形応力により
ピエゾ抵抗体１３に歪みが発生し、その抵抗値が変化す
る。これを電気信号として検出すると、圧力又は圧力の
変化が検出される。

【００１８】次に、上述のピエゾ抵抗式半導体圧力セン
サの製造方法について説明する。図３は本実施例の製造
方法を工程順に示す断面図である。図３（ａ）に示すよ
うに、シリコン基板（シリコンウエハ）１１を酸化し
て、その表裏両面に酸化層２１、２２を形成する。

【００１９】次いで、図３（ｂ）に示すように、酸化膜
２１上に、図４（ａ）に示すような中央部に正方形の欠
落部を有するパターンのレジスト２３を形成し、その
後、これをフッ酸系エッチング液中に浸漬する。これに
より、シリコン基板１１の裏面上の酸化膜２２と、レジ
スト２３により被覆されていない酸化膜２１の部分とが
エッチングされて除去される。これにより、酸化膜２１
が存在していた部分に、図４（ｂ）に示すような中央部
に正方形の欠落部２４を有する酸化膜１１が形成され
る。

【００２０】その後、図３（ｃ）に示すように、レジス
ト２３を除去した後、他のシリコン基板２５を酸化膜１
１上に貼り合わせる。これは、酸化膜１１とシリコン基
板２５とを重ね、適宜の荷重で両者を挟圧しつつ、窒素
雰囲気中で約１０００℃に２時間加熱することにより、
酸化膜１１とシリコン基板２５とが接合される。

【００２１】次いで、図３（ｄ）に示すように、シリコ
ン基板２５の表面を研磨することにより、所定の厚さの
シリコン膜１２を形成する。これにより、シリコン膜１
２、シリコン基板１０及び酸化膜１１に囲まれた空隙１
４が形成される。

【００２２】その後、シリコン膜１２上にピエゾ抵抗体
１３を形成し、更にシリコン膜１２上にアルミニウム配
線１５をピエゾ抵抗体１３に接続するように形成する。
このようにして、本実施例のピエゾ抵抗式半導体圧力セ
ンサが製造される。配線１５は抵抗値を測定する回路に
接続される。なお、このピエゾ抵抗体１３と同一チップ
上に、抵抗値測定回路を形成することができる。更に、
その他の集積回路を同一チップ上に形成することもでき
る。

【００２３】本実施例においては、酸化膜のエッチング
にフッ酸系のエッチング液を使用するので、従来使用し
ていたシリコン基板エッチング用のアルカリ系のエッチ
ング液を使用しなくてもよいため、通常の半導体装置の
製造装置をそのまま流用することができる。

【００２４】なお、酸化膜１２として、図４（ａ）に示
すように、正方形の欠落部２４を有するものに限らず、
図４（ｃ）に示すように、正方形の欠落部と、この正方
形欠落部から一方の縁部までに至る直線部を有する形状
とすることにより、図３（ｃ）の工程で形成される空隙
１３は、密閉されず、外部に連通するものとなる。これ
により、差圧タイプの圧力センサを得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピエゾ抵抗体が設けられたシリコン膜が変形するための
空隙を酸化膜の中央部をエッチング除去することにより
形成するから、アルカリ系のエッチングを使用しないの
で、アルカリによる汚染を回避することができる。この
ため、通常の半導体製造装置を使用して本発明の半導体
圧力センサを製造することができ、製造コストを低減す
ることができる。また、アルカリ汚染がないので、微細
な集積回路を圧力センサチップ上に搭載することも可能
となり、更にセンサ特性向上させることができる。

【００２６】また、異方性エッチングを使用しないの
で、チップを小型化することができる。更に、シリコン
基板の異方性エッチングが不要であるので、シリコン基
板として厚いウエハを使用できるため、工程中でのウエ
ハの破損を防止することができ、歩留まりが向上する。
しかも、ダイヤフラムの変形が生じた場合に、シリコン
基板がダイヤフラム変形のストッパとして機能するの
で、使用過程でのチップの破損が回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るピエゾ抵抗式半導体圧力
センサを示す断面図である。

【図２】同じくその平面図である。

【図３】同じくその製造方法を工程順に示す断面図であ
る。

【図４】同じくその製造方法における一工程の平面図で
ある。

【図５】従来のピエゾ抵抗式半導体圧力センサを示す断
面図である。

【符号の説明】

１０：シリコン基板 １１：酸化膜 １２：シリコン膜 １３：ピエゾ抵抗体 １４：空隙 １５：アルミニウム配線 ２１、２２：酸化膜 ２３：レジスト ２４：欠落部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板と、このシリコン基板上に
   中央部を欠落して形成された酸化膜と、この酸化膜上に
   形成されたシリコン膜と、このシリコン膜の表面上に形
   成されたピエゾ抵抗体とを有し、前記酸化膜の欠落部分
   において前記シリコン基板とシリコン膜との間に空隙が
   形成されていることを特徴とするピエゾ抵抗式半導体圧
   力センサ。
2. 【請求項２】 前記シリコン基板に前記空隙を外部に連
   通させる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載のピエゾ抵抗式半導体圧力センサ。
3. 【請求項３】 シリコン基板を酸化して表面に酸化層を
   形成する工程と、フォトリソエッチングにより前記酸化
   層をエッチングして所定部分が欠落した酸化膜を形成す
   る工程と、前記酸化膜上に他のシリコン基板を貼り合わ
   せる工程と、この他のシリコン基板を研磨して所定の厚
   さのシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜の表
   面上にピエゾ抵抗体を形成する工程と、を有することを
   特徴とするピエゾ抵抗式半導体圧力センサの製造方法。
4. 【請求項４】 シリコン基板を酸化して表面に酸化層を
   形成する工程と、フォトリソエッチングにより前記酸化
   層をエッチングして所定部分が欠落した酸化膜を形成す
   る工程と、前記酸化膜上に所定の厚さのシリコン膜を貼
   り合わせる工程と、前記シリコン膜の表面上にピエゾ抵
   抗体を形成する工程と、を有することを特徴とするピエ
   ゾ抵抗式半導体圧力センサの製造方法。