JPH10300603A - 半導体式変位検出装置の製造方法 - Google Patents

半導体式変位検出装置の製造方法

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JPH10300603A
JPH10300603A JP10628097A JP10628097A JPH10300603A JP H10300603 A JPH10300603 A JP H10300603A JP 10628097 A JP10628097 A JP 10628097A JP 10628097 A JP10628097 A JP 10628097A JP H10300603 A JPH10300603 A JP H10300603A
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JP
Japan
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silicon substrate
film
forming
silicon nitride
nitride film
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Application number
JP10628097A
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English (en)
Inventor
Nobukazu Oba
伸和 大場
Takeshi Fukada
毅 深田
Ineo Toyoda
稲男 豊田
Yasutoshi Suzuki
康利 鈴木
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲージ抵抗上に保護膜として形成する窒化膜
によるセンサ温度特性を良好にする。 【解決手段】 ゲージ抵抗3を備えるダイヤフラム領域
7上に保護絶縁膜膜としてシリコン窒化膜6を形成する
場合において、このシリコン窒化膜6を形成する前に常
圧CVD法によって酸化膜10を形成する。そして、シ
リコン窒化膜6を形成したのち、アニーリング工程にて
熱処理を施し、シリコン窒化膜6がシリコン基板1に対
して発生させる圧縮応力と酸化膜10がシリコン基板1
に対して発生させる引っ張り応力とを同等にしてこれら
の応力を互いに打ち消し合うように作用させる。これに
より、シリコン窒化膜6によって生ずる圧縮応力によっ
てセンサは影響を受けないため、温度変化に基づく応力
変化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、起歪領域を有する
半導体式変位検出装置の製造方法に関し、特に起歪領域
としてのダイヤフラム領域における受圧変化に基づいて
圧力検出を行うことができる半導体式圧力センサの製造
方法に適用して好適である。
【0002】
【従来の技術】半導体センサデバイスでは、各素子や金
属配線を外部環境から受ける汚染などから保護するため
に、デバイス最表面に保護絶縁膜を形成している。この
保護絶縁膜として、一般的に保護効果が高いシリコン窒
化膜が用いられている。しかしながら、このシリコン窒
化膜を保護絶縁膜として用いた場合、シリコン基板とシ
リコン窒化膜の有する熱膨張率の違いにより、温度変化
による応力変化が生じる(参考文献、J.Appl.P
hys.49(4),April 1978”Ther
mal stress and cracking r
esistance of dielectric f
ilms (SiN,Si3 4and SiO2 )o
n Si substrates”.)。この応力によ
りセンシング部のピエゾ抵抗値等の諸特性が変動し、セ
ンサ特性(オフセット電圧や感度等)が温度により変動
するという問題がある。
【0003】上記問題を解決するものとして、特開平3
−13766号公報や特開平6−85287号公報に示
される方法がある。前者に示す方法によると、ダイヤフ
ラム領域上に保護膜絶縁膜をシリコン基板の熱膨張率よ
りも大きい層と小さい層による積層構造にて形成すると
共に、保護絶縁膜の積層数を3以上の奇数とし、その中
央となる層の対称位置にある2層の材質及び膜厚を等し
くして、保護絶縁膜全体の見かけの熱膨張係数をシリコ
ン基板の熱膨張係数に近似させているまた、後者に示す
方法によると、ダイヤフラム領域を形成するに際してシ
リコン窒化膜等に発生する内部応力を緩和するために、
ボロンやリンをシリコン窒化膜等に注入し、これによっ
て平坦なダイヤフラム領域を確保できるようにしてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法においては以下に示す不具合がある。特開平3−
13766号公報に示す方法においては、保護絶縁膜を
中心層を対称として複数の層を積層形成する必要がある
ため、工程数が増加してしまう。また、中心層に対して
対称となる2層の材質や膜厚を等しくしていたとして
も、その2層のうちの先に形成された層が他方を形成す
るまでに種々の熱履歴を経験するため応力特性等が変化
してしまう可能性があり、これら2層の応力特性を同等
にすることができない。
【0005】特開平6−85287号公報に示す方法に
おいては、シリコン窒化膜等にボロンやリンを注入する
必要があるため、保護絶縁膜を形成するための工程数が
増加してしまう。また、圧力センサ形成時におけるダイ
ヤフラム領域の平坦化を目的としているが、圧力センサ
を実際に使用するに際には、保護膜材料とシリコン基板
の熱膨張率等に起因する熱応力によってセンサ感度やオ
フセットの温度特性が変動するため、圧力センサ形成時
においてダイヤフラム領域を平坦にしただけでは十分に
温度特性を良好なものにすることができない。
【0006】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、より有効に温度特性が良好な半導体装置を製造する
方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】シリコン基板と保護絶縁
膜の熱膨張率の相違により、保護絶縁膜はシリコン基板
に対して圧縮応力を発生させる。この圧縮応力によって
圧力センサの温度特性が変動する。従って、この圧縮応
力を緩和するような力(引張応力)を作用させれば、或
いは低ヤング率の薄膜を用いて圧縮応力がシリコン基板
に伝わるのを防止すれば、上記温度特性の変動を緩和す
ることができる。
【0008】このような観点に着目して上記目的を達成
するために、以下の技術的手段を採用する。請求項1に
記載の発明においては、保護絶縁膜(6)がシリコン基
板(1)に対して発生させる圧縮応力と同等な引っ張り
応力をシリコン基板(1)に対して発生させる、或いは
圧縮応力の伝達を緩和する低ヤング率の応力緩和層(1
0)を、常圧CVD法によって保護絶縁膜(6)を形成
する前に形成することを特徴とする。
【0009】常圧CVD法によって形成される応力緩和
層(10)は、シリコン基板(1)に対して引っ張り応
力を発生させる。従って、応力緩和層(10)による引
っ張り応力と保護絶縁膜(6)による圧縮応力が互いに
打ち消し合って相殺され、シリコン基板(1)に作用す
る応力を発生させないようにすることができる。これに
より、温度特性が良好な半導体装置を製造することがで
きる。なお、請求項2に示すように、保護絶縁膜にシリ
コン窒化膜(6)を適用する場合には、応力緩和層(1
0)を形成することにより効果的に圧縮応力の緩和が可
能である。そして、応力緩和層(10)には、酸化膜、
PSG、BSG、BPSG、ポリシリコン、金属薄膜等
やこれらいずれかからなる積層体を適用することができ
る。
【0010】また、請求項3に示すように、応力緩和層
(10)が発生させる引っ張り応力と保護絶縁膜(6)
が発生させる圧縮応力との応力調整、例えばアニーリン
グによる加熱処理等を行うことより上記応力を同等にす
ることができる。なお、請求項4に示すように半導体式
圧力センサにおいて、常圧CVD法によって酸化膜(1
0)を形成することにより、シリコン窒化膜(6)がシ
リコン基板(1)に対して発生させる圧縮応力を有効に
緩和することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本実施形態にかかる半導体圧力セ
ンサを図1に示す。以下、図1に基づき半導体圧力セン
サの製造工程を説明する。但し、ダイヤフラム領域を除
いては従来のものと何ら変わらないため、このダイヤフ
ラム領域のみを抽出して上記製造工程の説明を行う。
【0012】まず、所望の厚さ、構造のシリコン基板1
上に熱酸化により酸化膜2を数100〜数1000Å程
度成長させる。次にゲージ拡散抵抗部分及び図示しない
拡散配線部分における酸化膜2を所定の膜厚になるまで
エッチングし、これらゲージ拡散抵抗部分及び拡散配線
部分にボロン等の不純物イオンを注入してゲージ抵抗3
を形成する。
【0013】更に、CVD法によりPSGを約1000
〜2000Å程度、酸化膜2の上にデポジションしてP
SG膜4を形成した後、約1000℃の熱処理を行いP
SG膜4の物性の安定化を図る。この後、コンタクトホ
ール形成及び金属配線5のパターニングを行う。この
後、常圧CVD法としてプラズマCVD法を用いて15
00〜15000Å程度、ウェハ全面に酸化膜10を応
力緩和層として形成する。そして、保護絶縁膜としてシ
リコン窒化膜6を3000〜15000Å程度形成す
る。最後に保護膜工程での歪み除去を兼ねて、再度40
0〜450程度のアニーリングプロセスを施し、酸化膜
10の応力調整を行う。すなわち、酸化膜10がシリコ
ン基板1に対して発生させる引っ張り応力が、シリコン
窒化膜6がシリコン基板1に対して発生させる圧縮応力
を相殺する程度の応力となるように調整する。
【0014】以上のプロセスにより表面の処理を完了
し、ウェハの裏面を所望の厚み(200〜500μm)
に鏡面仕上げする。そして、適当なマスク材を用いてダ
イヤフラム領域7におけるシリコン基板1の裏面をKO
H等のアルカリ溶液にてエッチングし、ダイヤフラム領
域7が所望の厚み(数μm〜数10μm程度)になるよ
うにする。これにより、半導体圧力センサが完成する。
【0015】ところで、応力緩和層となる酸化膜10を
常圧CVD法によって形成しているが、この常圧CVD
法によると酸化膜10はシリコン基板1に対して引っ張
り応力を発生するように形成される。そして、前述した
ようにシリコン窒化膜6はシリコン基板1に対して圧縮
応力を発生させるが、酸化膜10による引っ張り応力を
シリコン窒化膜6による圧縮応力に作用させることがで
きるため、これらの応力が打ち消し合って相殺され、シ
リコン基板1に対して応力を作用させないようにするこ
とができる。
【0016】また、低ヤング率の薄膜を用いてもシリコ
ン基板に対し応力を伝えることなく同様の効果が期待で
きる。これにより、温度変化時においてシリコン窒化膜
6による圧縮応力がセンサ温度特性に影響を与えること
を防止することができ温度特性が良好な圧力センサにす
ることができる。
【0017】また、常圧CVD法によって酸化膜10を
形成しているのみであるため、応力緩和のためのイオン
注入工程や中央層を中心として対称な層を複数形成する
ための工程を必要としない。従って、工程数の減少を図
ることができる。なお、本実施形態においてはPSG膜
4を形成しているが、このPSG膜4は汚染防止用に形
成されたものであり、応力緩和層としての役割は直接は
果たさない。
【0018】ここで、図1に示す圧力センサと応力緩和
層を形成していない圧力センサにおける感度−温度特性
の比較図を図2に示す。なお、図2において上下に示し
た斜線部分は圧力センサの感度における規格値の範囲を
示している。図2に示すように、本実施形態に示す圧力
センサは低温域から高温域に至るまで上記規格値の範囲
内にある。すなわち、応力緩和層である酸化膜10を常
圧CVD法によって形成しているため低温域から高温域
に至るまで感度変化の小さく温度特性が良好な圧力セン
サとなっている。
【0019】なお、本実施形態においては応力緩和層と
して酸化膜10を形成したが、これに限らず、例えばP
SG、BSG、BPSG、ポリシリコン、金属薄膜等を
常圧CVD法によって形成してもよく、また酸化膜及び
上記材料の複数の積層体を適用してもよい。また、保護
絶縁膜としてシリコン窒化膜を適用したが、この他のも
のを適用してもよい。但し、シリコン基板に対して発生
させる圧縮応力を考慮すると、保護絶縁膜としてシリコ
ン窒化膜を適用した場合において特に上記効果が得られ
る。
【0020】また、本実施形態においては本発明を圧力
センサに適用したものを示したが、この他に加速度セン
サ等に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した実施形態における半導体圧力
センサのダイヤフラム領域領域における断面図である。
【図2】図1における圧力センサと応力緩和層を形成し
ていない圧力センサの温度−感度特性を示す比較図であ
る。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…熱酸化膜、4…PSG膜、6…
シリコン窒化膜、7…ダイヤフラム領域、10…常圧C
VD酸化膜。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 康利 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板(1)の一部を薄肉の起歪
    領域(7)となし、前記起歪領域(7)の表面にゲージ
    抵抗(3)を形成し、前記起歪領域(7)の上面に保護
    絶縁膜(6)を形成する半導体式変位検出装置の製造方
    法であって、 前記保護絶縁膜(6)を形成する前に、前記シリコン基
    板(1)に対して前記保護絶縁膜(6)が発生させる圧
    縮応力と同等な引っ張り応力を前記シリコン基板(1)
    に対して発生させる応力緩和層(10)を常圧CVD法
    によって形成することを特徴とする半導体式変位検出装
    置の製造方法。
  2. 【請求項2】 シリコン基板(1)の一部を薄肉の起歪
    領域(7)となし、前記起歪領域(7)の表面にゲージ
    抵抗(3)を形成し、前記起歪領域(7)の上面に保護
    絶縁膜としてシリコン窒化膜(6)を形成する半導体式
    変位検出装置の製造方法であって、 前記シリコン窒化膜(6)を形成する前に、前記シリコ
    ン基板(1)に対して前記シリコン窒化膜(6)が発生
    させる圧縮応力と同等な引っ張り応力を前記シリコン基
    板(1)に対して発生させる応力緩和層としての酸化膜
    (10)を常圧CVD法によって形成することを特徴と
    する半導体式変位検出装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記保護絶縁膜(6)を形成したのち、
    前記応力緩和層(10)が発生させる引っ張り応力を前
    記保護絶縁膜(6)が発生させる圧縮応力と同等にする
    ための応力調整を行う工程を有することを特徴とする請
    求項1又は2に記載の半導体式変位検出装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 シリコン基板(1)上に熱酸化膜(2)
    を形成する工程と、 前記シリコン基板(1)の表層部のダイヤフラム形成予
    定領域にゲージ抵抗(3)を形成する工程と、 前記熱酸化膜(2)上に常圧CVD法によって常圧CV
    D酸化膜(10)を形成する工程と、 前記常圧CVD酸化膜(10)上にシリコン窒化膜
    (6)を形成する工程と、 前記常圧CVD酸化膜(10)が前記シリコン基板
    (1)に対して発生させる引っ張り応力と前記シリコン
    窒化膜(6)が前記シリコン基板(1)に対して発生さ
    せる圧縮応力とを同等にするための応力調整を行う工程
    と、 前記シリコン基板(1)の裏面の一部をエッチング除去
    してダイヤフラム領域(7)を形成する工程とを備えた
    ことを特徴とする半導体式圧力センサの製造方法。
JP10628097A 1997-04-23 1997-04-23 半導体式変位検出装置の製造方法 Pending JPH10300603A (ja)

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