JPH11126910A - Manufacture of semiconductor substrate for pressure sensor - Google Patents

Manufacture of semiconductor substrate for pressure sensor

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JPH11126910A
JPH11126910A JP22192998A JP22192998A JPH11126910A JP H11126910 A JPH11126910 A JP H11126910A JP 22192998 A JP22192998 A JP 22192998A JP 22192998 A JP22192998 A JP 22192998A JP H11126910 A JPH11126910 A JP H11126910A
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庄一 山内
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正樹 松井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin diaphragm with accuracy in a semiconductor pressure sensor which has a pressure reference chamber. SOLUTION: A hydrogen ions are implanted at high density to a given depth in an ion-implantation layer forming step P1, to form an ion-implantation layer in a first substrate. A recessed part for a reference chamber and a pressure- reducing though-hole are formed by etching in a second substrate in a recessed part forming step P2. The first and second substrates are bonded in a bonding step P3. The first substrate is peeled at its ion-implantation layer by high- temperature heat treatment in a peeling step P4 for forming a semiconductor layer on the second substrate. A signal processing circuit element is formed in an element forming step 5. The inside of the pressure reference chamber is reduced in pressure to a vacuum state althrough a pressure reducing through- hole by using a CVD method and sealed by forming a protective film in a reduced pressure sealing step P6. In this case, the semiconductor layer covering the pressure reference chamber functions as a diaphragm, so its thickness is made accurate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤフラムに受
ける圧力を圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基
づいて電気的に検出するようにした圧力センサに用いる
半導体基板の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate used in a pressure sensor which electrically detects a pressure applied to a diaphragm based on a stress generated by a pressure difference from a pressure reference chamber.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】ダイヤフラムにかかる
圧力を検出するようにした半導体圧力センサなどにおい
ては、内部に圧力基準室を設ける構成のものがある。こ
の場合、圧力基準室は、内部が真空に近い状態に減圧さ
れた状態とされており、これによって温度変動などによ
る内部圧力の変動を抑制してダイヤフラムに受ける圧力
の検出精度の向上を図る構成としたものである。
Some semiconductor pressure sensors for detecting the pressure applied to a diaphragm have a pressure reference chamber provided therein. In this case, the pressure reference chamber is in a state in which the inside is decompressed to a state close to a vacuum, thereby suppressing fluctuations in the internal pressure due to temperature fluctuations and the like and improving the detection accuracy of the pressure applied to the diaphragm. It is what it was.

【0003】このような半導体圧力センサの製造に用い
る半導体基板として、上述した圧力基準室に相当する部
分をあらかじめ形成したものが供されている。これは、
例えば、2枚の単結晶シリコン基板を用いて貼り合わせ
技術により圧力基準室およびダイヤフラムを形成する方
法である。
As a semiconductor substrate used for manufacturing such a semiconductor pressure sensor, a semiconductor substrate in which a portion corresponding to the above-described pressure reference chamber is formed in advance is provided. this is,
For example, a method in which a pressure reference chamber and a diaphragm are formed by a bonding technique using two single crystal silicon substrates.

【0004】すなわち、まず、支持基板としてのシリコ
ン基板に圧力基準室用の凹部をエッチングなどの方法に
より形成する。このシリコン基板と別途に用意したダイ
ヤフラム形成用のシリコン基板とを貼り合わせ技術によ
り貼り合わせる。次に、貼り合わせたダイヤフラム用の
シリコン基板を研削,研磨することによりその厚さ寸法
がダイヤフラムの厚さ寸法となるまで調整する。これに
より、支持基板としてのシリコン基板に圧力基準室を設
けると共にこれを覆うようにしてダイヤフラムを形成す
ることができる。
[0004] First, a recess for a pressure reference chamber is formed in a silicon substrate as a support substrate by a method such as etching. This silicon substrate and a separately prepared silicon substrate for forming a diaphragm are bonded by a bonding technique. Next, the thickness of the bonded silicon substrate for the diaphragm is adjusted by grinding and polishing until the thickness of the silicon substrate reaches the thickness of the diaphragm. Thus, the pressure reference chamber is provided on the silicon substrate as the support substrate, and the diaphragm can be formed so as to cover the pressure reference chamber.

【0005】しかしながら、上述のようにして貼り合わ
せを行なった後に、ダイヤフラム形成用の基板を研削,
研磨する方法では、ダイヤフラム形成用のシリコン基板
を所望のダイヤフラムの厚さとなるまで研磨処理が必要
になると共に、貼り合わせたシリコン基板のほとんどの
部分を研削,研磨により除去する点で不経済であると共
に、ダイヤフラムのような薄い膜厚の部分を残すように
研磨すること自体が制御性の点で技術的に困難である。
However, after bonding as described above, the substrate for forming the diaphragm is ground and
The polishing method is uneconomic in that a silicon substrate for forming a diaphragm needs to be polished until a desired thickness of the diaphragm is obtained, and most of the bonded silicon substrate is removed by grinding and polishing. At the same time, it is technically difficult to polish itself to leave a thin film portion such as a diaphragm in terms of controllability.

【0006】研磨処理による膜厚の制御においては、研
磨により残すシリコン基板の膜厚を直接測定しながら研
磨することが難しいことから、例えば、研磨速度を測定
して時間管理により所望の厚さを残すように制御する方
法や、あるいは、研磨するシリコン基板にあらかじめ研
磨ストッパを設けるなどの方法がある。
In the control of the film thickness by the polishing process, it is difficult to polish while directly measuring the film thickness of the silicon substrate left by polishing. For example, the polishing speed is measured and the desired thickness is controlled by time management. There is a method of controlling so as to leave, or a method of providing a polishing stopper in advance on a silicon substrate to be polished.

【0007】研磨ストッパを設ける方法では、例えば、
シリコン基板のダイヤフラム側に所定深さ寸法の溝を形
成しておいてその溝の内部にシリコン酸化物を充填した
状態としておき、研磨時に裏面側からこのシリコン酸化
物の底面部が露出する位置まで達すると、酸化膜はシリ
コンよりも研磨速度が小さいことからシリコンの研磨が
自動的に止まるというものである。
In the method of providing a polishing stopper, for example,
A groove of a predetermined depth dimension is formed on the diaphragm side of the silicon substrate, and the inside of the groove is filled with silicon oxide, and from the back side to the position where the bottom part of this silicon oxide is exposed during polishing. When reached, the polishing of silicon is automatically stopped because the oxide film has a lower polishing rate than silicon.

【0008】ところが、このような種々の技術を利用し
て研磨を制御性良く行なう場合においても、研磨による
方法を採用する限りにおいては、研磨中に圧力基準室用
の凹部がある部分で撓みが発生しやすく、ダイヤフラム
部分の厚さ寸法を均一に形成することに困難が点が残
る。加えて、基板内に形成される複数個のダイヤフラム
の厚さ寸法を均一にすることも困難である。
However, even when polishing is performed with good controllability by using such various techniques, as long as the polishing method is employed, deflection is caused at the portion where the recess for the pressure reference chamber is present during polishing. It is easy to occur, and it is difficult to form the thickness of the diaphragm portion uniformly. In addition, it is also difficult to make the thickness dimensions of the plurality of diaphragms formed in the substrate uniform.

【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、均一で且つ寸法精度の良い厚さでダイ
ヤフラムを形成することができるようにした圧力センサ
用の半導体基板の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor capable of forming a diaphragm with a uniform thickness and good dimensional accuracy. Is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、圧力センサの構造として、ダイヤフラムで受ける圧
力を圧力基準室との圧力差により生ずる応力に基づいて
電気的に検出するようにしたものの場合に、その半導体
基板を、イオン注入層形成工程によりダイヤフラム形成
用の半導体製の第1の基板の所定深さに剥離用のイオン
注入層を形成し、凹部形成工程により圧力基準室を形成
するために第2の基板に圧力基準室用の凹部を設け、貼
り合わせ工程により第1および第2の基板を貼り合わせ
て、続く剥離工程にて貼り合わせた第1の基板をイオン
注入層部分で剥離して第2の基板の表面に半導体層を形
成することにより、ダイヤフラムおよび圧力基準室を形
成するので、所望の厚さ寸法のダイヤフラムをイオン注
入層の深さを制御することにより精度良く形成すること
ができると共に、研削,研磨などの方法による加工を不
要としているので簡単且つ短時間で製作でき、さらに、
第1の基板は再利用することもできるようになってコス
トの低減も図ることができる。
According to the first aspect of the present invention, the pressure sensor has a structure in which a pressure received by a diaphragm is electrically detected based on a stress generated by a pressure difference from a pressure reference chamber. In the case of a semiconductor substrate, an ion-implanted layer for peeling is formed at a predetermined depth of a first semiconductor substrate for forming a diaphragm by an ion-implanted layer forming step, and a pressure reference chamber is formed by a concave portion forming step. The second substrate is provided with a recess for a pressure reference chamber, the first and second substrates are bonded in a bonding step, and the first substrate bonded in a subsequent peeling step is bonded to the ion-implanted layer portion. By forming a semiconductor layer on the surface of the second substrate by peeling off the substrate, a diaphragm and a pressure reference chamber are formed, so that a diaphragm having a desired thickness dimension is controlled in the depth of the ion implantation layer. It is possible to precisely form by grinding, since the unnecessary processing by methods such as grinding can be manufactured in a simple and short, and further,
The first substrate can be reused, so that the cost can be reduced.

【0011】請求項2の発明によれば、凹部形成工程に
おいて、第2の基板の表面をエッチング処理することに
より凹部を形成するので、ダイヤフラムとなる半導体層
および圧力基準室を形成することができるようになる。
According to the second aspect of the present invention, in the concave portion forming step, the concave portion is formed by etching the surface of the second substrate, so that the semiconductor layer serving as the diaphragm and the pressure reference chamber can be formed. Become like

【0012】請求項3の発明によれば、ダイヤフラムを
形成するための半導体層を貼り合わせ工程および剥離工
程を経ることにより設けるので、そのとき、第2の基板
と半導体層との間に酸化膜を設けておくことにより、半
導体層を第2の基板と絶縁分離した状態に形成すること
ができ、例えば、この半導体層のうちのダイヤフラム部
分ではない領域においては、いわゆるSOI(Silicon
On Insulator) 構造となっている半導体層に信号処理用
の回路素子を形成することができ、MOS形素子とバイ
ポーラ素子とを同一チップ上に集積化することができ
る。
According to the third aspect of the present invention, a semiconductor layer for forming a diaphragm is provided through a bonding step and a peeling step. At this time, an oxide film is provided between the second substrate and the semiconductor layer. Is provided, the semiconductor layer can be formed in a state in which the semiconductor layer is insulated and separated from the second substrate. For example, in a region of the semiconductor layer other than the diaphragm portion, a so-called SOI (Silicon) is formed.
A circuit element for signal processing can be formed on a semiconductor layer having an On Insulator structure, and a MOS element and a bipolar element can be integrated on the same chip.

【0013】請求項4の発明によれば、凹部形成工程に
おいて、圧力基準室用の凹部内底面にその深さ寸法と同
じ長さで選択エッチング処理が可能な支柱部を形成する
ので、その支柱部を利用して第1の基板との貼り合わせ
工程では、凹部内の領域においても支柱部の先端部分に
より接着することができるようになり、剥離工程におい
ては確実にダイヤフラムを形成するための半導体層を剥
離することができるようになる。
According to the fourth aspect of the present invention, in the concave portion forming step, the column portion is formed on the bottom surface of the concave portion for the pressure reference chamber and has the same length as the depth dimension and can be selectively etched. In the step of bonding to the first substrate using the part, it is possible to adhere to the tip of the pillar part even in the region inside the concave part, and in the peeling step, the semiconductor for reliably forming the diaphragm The layers can be peeled off.

【0014】そして、特に、ダイヤフラムの厚さ寸法を
薄くすべく第1の基板の浅い位置にイオン注入層を形成
するときには、剥離しようとする半導体層が薄くなるの
で、剥離時の強度を考慮すると支柱部がない場合の構成
に比べて確実にダイヤフラムを形成することができるよ
うになる。また、イオン注入層形成工程において形成し
たイオン注入層のドーズ量が不足した場合などにおいて
も確実に半導体層を剥離形成することができるようにな
る。
In particular, when forming an ion-implanted layer at a shallow position on the first substrate in order to reduce the thickness of the diaphragm, the semiconductor layer to be peeled becomes thin. The diaphragm can be formed more reliably than in the case where there is no support portion. In addition, even when the dose of the ion-implanted layer formed in the ion-implanted layer forming step is insufficient, the semiconductor layer can be reliably formed by peeling.

【0015】請求項5の発明によれば、凹部形成工程に
おいて、前記凹部内底面に形成する支柱部を複数本の支
柱により構成するので、第1の基板の表面との結合力を
より高くすることができ、厚さ寸法が薄いダイヤフラム
を形成しようとする場合に、半導体層の剥離形成を確実
に行なうことができるようになる。
According to the fifth aspect of the present invention, in the recess forming step, the support formed on the inner bottom surface of the recess is constituted by a plurality of supports, so that the coupling force with the surface of the first substrate is further increased. In the case where a diaphragm having a small thickness is to be formed, the peeling of the semiconductor layer can be reliably performed.

【0016】請求項6および7の発明によれば、凹部形
成工程において、第2の基板に凹部を形成するエッチン
グ処理時に支柱部を形成するパターンを設けることによ
り支柱部を形成し、この後、熱酸化工程を行なうことに
より支柱部を酸化物にすることで、選択エッチング処理
が可能な構成とするので、第1の基板を貼り合わせると
きには第2の基板の表面および凹部に設けられた支柱部
に結合させた状態で貼り合わせ、剥離工程を経て半導体
層を剥離形成した後には、ダイヤフラム部分に残る支柱
部をフッ酸水溶液等による選択エッチングにより除去す
ることによりダイヤフラムを形成することができるよう
になる。
According to the sixth and seventh aspects of the present invention, in the recess forming step, the pillar is formed by providing a pattern for forming the pillar during the etching process for forming the recess in the second substrate. Since the pillar portion is made to be an oxide by performing a thermal oxidation process, it is possible to perform a selective etching process. Therefore, when the first substrate is bonded, the pillar portion provided on the surface of the second substrate and the concave portion is provided. After the semiconductor layer is peeled and formed through a peeling step in a state where it is bonded to the support, the support can be removed by selective etching using a hydrofluoric acid aqueous solution or the like so that the diaphragm can be formed. Become.

【0017】請求項8の発明によれば、第2の基板に形
成する圧力基準室用の凹部を、酸化膜形成工程にて第2
の基板の表面に酸化膜を形成すると共に、凹部形成工程
にてその酸化膜に開口部を形成することにより凹部とし
て設けるので、例えば浅い深さ寸法の凹部を設ける構成
の場合には、エッチング処理を簡単にしたプロセスを採
用して圧力基準室用の凹部を形成することができ、エッ
チングによる深さばらつきのない凹部を形成することが
できるようになる。
According to the present invention, the recess for the pressure reference chamber formed on the second substrate is formed in the second step in the oxide film forming step.
Since an oxide film is formed on the surface of the substrate and a recess is formed by forming an opening in the oxide film in the recess forming step, for example, in a configuration in which a recess having a shallow depth dimension is provided, an etching process is performed. The recess for the pressure reference chamber can be formed by adopting a process that simplifies the process described above, and a recess having no depth variation due to etching can be formed.

【0018】請求項9の発明によれば、剥離工程の後に
行なう半導体層除去工程により、第2の基板の表面に形
成された半導体層のうちのダイヤフラム部分以外の所定
領域の半導体層を除去することにより第2の基板の表面
に素子形成用の領域を露出させる状態に形成するので、
ダイヤフラム用の半導体層の膜厚では素子形成を十分に
行なえない場合でも、これによって、第2の基板側に素
子形成を行なうことができるので、素子形成のための制
約を少なくして設計の自由度を高めることができ、さら
には、形成する素子の放熱効果を高めることもできるよ
うになる。
According to the ninth aspect of the present invention, the semiconductor layer in the predetermined region other than the diaphragm portion of the semiconductor layer formed on the surface of the second substrate is removed by the semiconductor layer removing step performed after the peeling step. As a result, a region for forming an element is exposed on the surface of the second substrate.
Even when the element formation cannot be performed sufficiently with the thickness of the semiconductor layer for the diaphragm, the element can be formed on the second substrate side. The degree of heat dissipation can be increased, and the heat radiation effect of the element to be formed can be enhanced.

【0019】請求項10の発明によれば、凹部形成工程
において、圧力基準室用の凹部が外部と連通する減圧用
連通部を形成し、剥離工程の後に行なう減圧封止工程に
より、減圧用連通部により形成される減圧用連通孔を介
して圧力基準室内を減圧して封止するので、圧力基準室
内を減圧あるいは真空状態として内部に含まれるガスを
極力少なくすることで温度変動などによる圧力基準室内
の圧力変動を抑制してより正確な圧力検出動作を行なわ
せるための構成を簡単且つ制御性良く形成することがで
きるようになる。
According to the tenth aspect of the present invention, in the recess forming step, the pressure reducing chamber is formed with a depressurizing communication section in which the recess for the pressure reference chamber communicates with the outside, and the depressurizing sealing step performed after the peeling step performs the depressurizing communication step. The pressure reference chamber is depressurized and sealed via the depressurization communication hole formed by the part, so that the pressure reference chamber is depressurized or vacuumed to minimize the gas contained therein to reduce the pressure reference due to temperature fluctuations etc. A configuration for suppressing the pressure fluctuation in the room and performing a more accurate pressure detection operation can be formed simply and with good controllability.

【0020】請求項11の発明によれば、凹部形成工程
において、減圧用連通部を前記第2の基板の表面部に沿
った溝部として形成し、剥離工程の後に形成される半導
体層により表面部を覆うことで減圧用連通孔を形成する
ので、ダイヤフラムを形成するための工程を利用して減
圧用連通孔を形成することができ、特別の工程を付加す
ることなく簡単に実施することができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, in the concave portion forming step, the pressure reducing communication portion is formed as a groove along the surface portion of the second substrate, and the surface portion is formed by the semiconductor layer formed after the peeling step. , The pressure-reducing communication hole is formed, so that the pressure-reducing communication hole can be formed using the process for forming the diaphragm, and can be easily performed without adding a special process. .

【0021】請求項12の発明によれば、凹部形成工程
において、減圧用連通部の深さ寸法を凹部の深さ寸法と
同じに形成するので、それらの形成のための処理を同一
のエッチング処理により行なうことができるので、工程
数を少なくして簡単に製作することができるようにな
る。
According to the twelfth aspect of the present invention, in the recess forming step, the depth dimension of the communication section for pressure reduction is formed to be the same as the depth dimension of the recess. Therefore, the number of steps can be reduced and the device can be easily manufactured.

【0022】請求項13の発明によれば、凹部形成工程
において、減圧用連通孔を第2の基板の背面部に連通す
る開口部として形成するので、減圧封止工程において
は、第2の基板の背面側から圧力基準室内を減圧し、そ
の開口部を封止することにより同様の特性のものを得る
ことができるようになる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, in the recess forming step, the pressure reducing communication hole is formed as an opening communicating with the back surface of the second substrate. By reducing the pressure in the pressure reference chamber from the back side and sealing the opening, it is possible to obtain the same characteristics.

【0023】請求項14の発明によれば、減圧封止工程
においては、CVD法により減圧雰囲気中で減圧用連通
孔の開口部を封止するように膜を形成するので、特殊な
工程を採用することなく減圧封止工程を実施することが
できる。そして、最終表面に保護膜などを形成する場合
には、その保護膜を形成する工程を実施する際に同時に
減圧封止工程を行なうことができるようになり、この場
合には、封止のための特別な工程を付加することなく実
施できるようになる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, in the reduced pressure sealing step, a film is formed by a CVD method in a reduced pressure atmosphere so as to seal the opening of the communication hole for pressure reduction. The decompression sealing step can be performed without performing. Then, when a protective film or the like is formed on the final surface, a reduced-pressure sealing step can be performed at the same time as performing the step of forming the protective film. Can be carried out without adding a special step.

【0024】請求項15の発明によれば、貼り合わせを
行なって半導体層を形成する層中に非晶質層もしくは多
結晶層等の非単結晶層が含まれているので、第1の基板
の表層部を単結晶のままで貼り合わせ工程および剥離工
程を実施する場合に比べて、剥離により形成する半導体
層部分の機械的強度を高めた状態で半導体層を形成する
ことができるようになる。
According to the fifteenth aspect of the present invention, since the non-single-crystal layer such as the amorphous layer or the polycrystalline layer is included in the layer for forming the semiconductor layer by performing the bonding, the first substrate is formed. The semiconductor layer can be formed in a state where the mechanical strength of the semiconductor layer portion formed by separation is increased as compared with the case where the bonding step and the separation step are performed while the surface layer portion of the semiconductor layer remains single crystal. .

【0025】請求項16ないし18の発明によれば、非
単結晶層を、その構成する元素が第1の半導体基板
(4)の構成元素と同種のものを含んでなるようにして
いるので、全く同一元素のみの非結晶層あるいは多結晶
層を設けたり、あるいは同種の元素の化合物などによる
非単結晶層を設けることができ、これによって、非単結
晶層を形成し易くすることができるようになり、さらに
は、第1の半導体基板としてシリコン基板を用いる場合
に、非単結晶膜としてシリコンの非晶質膜であるアモル
ファスシリコン膜や多結晶膜を用いたり、あるいは酸化
シリコン膜,窒化シリコン膜などを用いることができ
る。これによって、上述同様に、第1の基板の表層部を
単結晶のままで貼り合わせ工程および剥離工程を実施す
る場合に比べて、剥離により形成する半導体層部分の機
械的強度を高めた状態で半導体層を形成することができ
るようになる。
According to the sixteenth to eighteenth aspects of the present invention, the non-single-crystal layer is configured so that its constituent elements include the same kind of constituent elements as those of the first semiconductor substrate (4). It is possible to provide a non-crystalline layer or a polycrystalline layer of exactly the same element alone, or a non-single-crystal layer of a compound of the same kind of element, so that the non-single-crystal layer can be easily formed. Further, when a silicon substrate is used as the first semiconductor substrate, an amorphous silicon film or a polycrystalline film, which is an amorphous silicon film, is used as the non-single-crystal film, or a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like is used. A film or the like can be used. Thus, as described above, the mechanical strength of the semiconductor layer portion formed by separation is increased as compared with the case where the bonding step and the separation step are performed while the surface layer of the first substrate remains single crystal as in the above. A semiconductor layer can be formed.

【0026】請求項19の発明によれば、非単結晶層を
第1の半導体基板の表面に堆積法によって形成するの
で、通常の半導体製造工程において利用されている例え
ば物理的成膜法あるいは化学的成膜法などを用いて非単
結晶膜を形成することができ、特殊な工程を用いること
なく簡単且つ安価に非単結晶層を設けることができるよ
うになる。
According to the nineteenth aspect of the present invention, the non-single-crystal layer is formed on the surface of the first semiconductor substrate by a deposition method. A non-single-crystal layer can be formed using a selective film-forming method or the like, and a non-single-crystal layer can be easily and inexpensively provided without using a special process.

【0027】請求項20の発明によれば、非単結晶層を
第1の半導体基板に対してイオン注入法により形成する
ので、例えば、イオン注入法により比較的イオン質量の
大きい材料を選んで基板内に埋め込むことにより基板表
面もしくは内部の任意の領域に非単結晶層として非晶質
層を形成することが可能となる。
According to the twentieth aspect of the present invention, since the non-single-crystal layer is formed in the first semiconductor substrate by the ion implantation method, for example, a material having a relatively large ion mass is selected by the ion implantation method. By embedding in the inside, it becomes possible to form an amorphous layer as a non-single-crystal layer on the substrate surface or an arbitrary region inside.

【0028】請求項21の発明によれば、非単結晶層を
第1の半導体基板と同種の元素から構成する場合に、剥
離工程の後に熱処理を行なって、その非単結晶層を再結
晶化させて半導体層を単結晶の層として形成するように
しているので、貼り合わせおよび剥離工程における半導
体層の機械的強度を図りながら、最終的に得る半導体基
板の構成として同じものとして単結晶層を得ることがで
きるようになり、圧力センサのダイヤフラムとしての特
性についても安定した電気的特性を得ることができるよ
うになる。
According to the twenty-first aspect, when the non-single-crystal layer is made of the same element as that of the first semiconductor substrate, heat treatment is performed after the separation step to recrystallize the non-single-crystal layer. As a result, the semiconductor layer is formed as a single-crystal layer, so that the mechanical strength of the semiconductor layer in the bonding and peeling steps is improved while the single-crystal layer is formed as the same as the configuration of the finally obtained semiconductor substrate. As a result, a stable electrical characteristic can be obtained for the characteristic of the pressure sensor as a diaphragm.

【0029】請求項22の発明によれば、第1の基板と
して含有酸素濃度が1×1018atoms/cm以上の半導
体基板を用いるので、通常の使用に供する半導体基板よ
りも機械的強度が高くなり、加工工程における取扱い上
の性能を向上させ、信頼性が向上する。
According to the twenty-second aspect, a semiconductor substrate having an oxygen concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more is used as the first substrate, so that the first substrate has a mechanical strength lower than that of a semiconductor substrate used for normal use. Higher, the handling performance in the processing step is improved, and the reliability is improved.

【0030】請求項23の発明によれば、第1の基板と
第2の基板とを貼り合わせる際に、第2の基板上の凹部
の開口部の辺の方向と第1の基板の劈開方向とが交差す
る関係となる方向に調整して位置決めを行なうので、剥
離工程で剥離されるときに第2の基板の凹部の領域に位
置する部分がその剥離で受ける衝撃で劈開するなどの損
傷が発生するのを防止して機械的強度の低下を防止する
ことができるようになり、確実にダイヤフラム部分を形
成することができるようになる。
According to the twenty-third aspect, when bonding the first substrate and the second substrate, the direction of the side of the opening of the concave portion on the second substrate and the direction of cleavage of the first substrate Positioning is performed by adjusting in the direction that intersects with the substrate, so that when peeled in the peeling step, the portion located in the recessed region of the second substrate is cleaved by the impact received by the peeling. It is possible to prevent the occurrence of such a phenomenon and to prevent a decrease in mechanical strength, and it is possible to reliably form the diaphragm portion.

【0031】請求項24および25の発明によれば、上
述の場合において、第2の半導体基板上に形成した凹部
の開口部の辺の方向と第1の基板の劈開方向とが最も大
きい角度をもって交差する関係となる方向に調整し、例
えば、第1の半導体基板の面方位が(100)であると
きに、その角度を22〜23°を中心とした角度をもっ
て交差する関係となる方向に調整することにより、上述
の効果を最大限に発揮させることができるようになり、
機械的強度を高めた状態で再現性良く製作することがで
きるようになる。
According to the twenty-fourth and twenty-fifth aspects of the present invention, in the above case, the direction of the side of the opening of the recess formed on the second semiconductor substrate and the cleavage direction of the first substrate have the largest angle. For example, when the plane orientation of the first semiconductor substrate is (100), the angle is adjusted so as to intersect with an angle centered at 22 to 23 °. By doing so, it is possible to maximize the effects described above,
It can be manufactured with good reproducibility while increasing the mechanical strength.

【0032】請求項26の発明によれば、貼り合わせ工
程に先立って行なう洗浄工程において、貼り合わせを行
なう第1の半導体基板および第2の半導体基板のうち少
なくとも第2の半導体基板については疎水化処理するこ
とにより、その表面に付着した水分を脱水処理過程にお
いて除去するので、基板の表面や形成されている凹部内
に水分が残るのを極力防止することができるようにな
り、貼り合わせにおいて密着させる界面部分に水分が残
存したり、あるいは凹部内に水分が残存して特性が劣化
するのを抑制することができるようになる。
According to the twenty-sixth aspect, in the cleaning step performed prior to the bonding step, at least the second semiconductor substrate of the first and second semiconductor substrates to be bonded is made hydrophobic. The treatment removes the moisture attached to the surface during the dehydration process, so that it is possible to prevent moisture from remaining on the surface of the substrate and in the formed concave portion as much as possible, and to adhere to the substrate during bonding. It is possible to prevent moisture from remaining at the interface portion to be formed or moisture from remaining in the concave portion to suppress deterioration of characteristics.

【0033】請求項27の発明によれば、貼り合わせ工
程を減圧雰囲気中で行なうので、第1の基板と第2の基
板とを密着させる際に、基板の表面や凹部などに残存し
た水分を減圧雰囲気下で十分に脱水することにより除去
した上で行なうことができるようになり、密着性の向上
を図ることができるようになる。また、この凹部をこの
貼り合わせ工程により減圧状態に密閉する場合には、後
の工程で別途に凹部内を脱気するための工程を行なう必
要がなくなるので、工数の低減をも図ることができるよ
うになる。
According to the twenty-seventh aspect of the present invention, since the bonding step is performed in a reduced-pressure atmosphere, when the first substrate and the second substrate are brought into close contact with each other, moisture remaining on the surface of the substrate or the concave portion is removed. The removal can be carried out after sufficient dehydration in a reduced-pressure atmosphere, so that the adhesion can be improved. Further, when the recess is sealed in a reduced pressure state by the bonding step, it is not necessary to separately perform a step for degassing the inside of the recess in a later step, so that the number of steps can be reduced. Become like

【0034】請求項28の発明によれば、第2の基板と
して、支持基板上に絶縁膜を介して半導体層が形成され
ている絶縁膜分離基板を用い、圧力基準室はその絶縁膜
分離基板の半導体層中に形成するようにしているので、
絶縁膜分離基板上にダイヤフラムや圧力基準室を形成す
ることができ、これによって、圧力センサ制御回路を圧
力基準室周囲に位置する絶縁膜分離領域に形成すること
が可能となり、素子分離構造の形成が容易になると共
に、耐圧などの電気的特性の向上も図ることができるよ
うになる。
According to the twenty-eighth aspect of the present invention, an insulating film separating substrate in which a semiconductor layer is formed on a supporting substrate via an insulating film is used as the second substrate, and the pressure reference chamber is the insulating film separating substrate. Because it is formed in the semiconductor layer of
A diaphragm and a pressure reference chamber can be formed on an insulating film separation substrate, thereby enabling a pressure sensor control circuit to be formed in an insulating film separation region located around the pressure reference chamber, thereby forming an element isolation structure. And electrical characteristics such as withstand voltage can be improved.

【0035】請求項29の発明によれば、第2の基板上
に貼り合わせた絶縁膜分離基板を裏面から埋込絶縁膜を
ストッパとして研削もしくは研磨などの方法によって第
2の基板領域を除去し、この後に埋込絶縁膜をエッチン
グなどの方法により選択的に除去することで半導体層の
みを第2の基板上に残した状態に形成することができ
る。これにより、絶縁膜分離基板の表面の半導体層の膜
厚の均一性を高めた状態で形成しておくことにより、そ
の形成精度で貼り合わせ後のダイヤフラムとなる部分の
半導体層の膜厚を形成することができ、精度良く設計ど
おりのダイヤフラムを比較的容易に設けることができる
ようになる。
According to the twenty-ninth aspect of the present invention, the second substrate region is removed from the back surface of the insulating film separation substrate bonded on the second substrate by a method such as grinding or polishing using the buried insulating film as a stopper. Thereafter, the buried insulating film is selectively removed by a method such as etching, so that only the semiconductor layer can be formed on the second substrate. In this way, by forming the semiconductor layer on the surface of the insulating film separation substrate in a state where the thickness of the semiconductor layer is uniform, the thickness of the semiconductor layer in a portion to be a diaphragm after bonding is formed with the formation accuracy. It is possible to relatively easily provide a diaphragm as designed with high accuracy.

【0036】請求項30の発明によれば、上述の場合に
おいて、絶縁分離基板を形成する方法として、第3の基
板の所定深さにイオン注入層を形成しておいて第4の基
板と貼り合わせ、イオン注入層の部分で剥離して半導体
層を形成するようにしているので、所望の膜厚の半導体
層を精度良く形成した絶縁分離基板を得ることができ、
ダイヤフラム部分に形成する半導体層を比較的簡単に精
度良く均一な膜厚で形成することができるようになる。
According to the thirty-fifth aspect of the present invention, in the above case, as a method of forming the insulating separation substrate, an ion implantation layer is formed at a predetermined depth of the third substrate, and the ion implantation layer is bonded to the fourth substrate. In addition, since the semiconductor layer is formed by peeling at the portion of the ion-implanted layer, it is possible to obtain an insulating separation substrate in which a semiconductor layer having a desired thickness is accurately formed,
The semiconductor layer to be formed on the diaphragm can be formed relatively easily and accurately with a uniform film thickness.

【0037】請求項31の発明によれば、上述の場合に
おいて、絶縁膜分離基板の絶縁膜分離層内もしくは絶縁
膜分離層よりも深部にイオン注入層を形成し、第2の基
板との貼り合わせの後に絶縁膜分離基板をイオン注入層
の部分で剥離することが可能となる。この後、埋込絶縁
層を除去することで第2の基板上に半導体層を形成する
ことができる。したがって、絶縁膜分離基板の支持基板
部分を除去するための研削や研磨などの工程をなくして
簡単に除去することができると共に、その絶縁膜分離基
板の剥離後の支持基板の部分を再び用いて絶縁膜分離基
板の支持基板として使用することができるようになる。
According to the thirty-first aspect of the present invention, in the above case, the ion implantation layer is formed in the insulating film separating layer of the insulating film separating substrate or deeper than the insulating film separating layer, and is bonded to the second substrate. After the alignment, the insulating film separation substrate can be separated at the portion of the ion implantation layer. Thereafter, the semiconductor layer can be formed over the second substrate by removing the buried insulating layer. Therefore, it is possible to easily remove the supporting substrate portion of the insulating film separation substrate by eliminating the steps such as grinding and polishing to remove the supporting substrate portion. It can be used as a support substrate for an insulating film separation substrate.

【0038】請求項32の発明によれば、凹部形成工程
において、第2の基板の表面をエッチング処理すること
により凹部を形成するので、ダイヤフラムとなる半導体
層および圧力基準室を形成することができるようにな
る。
According to the thirty-second aspect of the present invention, in the recess forming step, the recess is formed by etching the surface of the second substrate, so that the semiconductor layer serving as the diaphragm and the pressure reference chamber can be formed. Become like

【0039】請求項33の発明によれば、貼り合わせ工
程を減圧雰囲気中で行なうので、第1の基板と第2の基
板とを密着させる際に、基板の表面や凹部などに残存し
た水分を減圧雰囲気下で十分に脱水することにより除去
した上で行なうことができるようになり、密着性の向上
を図ることができるようになる。また、この凹部をこの
貼り合わせ工程により減圧状態に密閉する場合には、後
の工程で別途に凹部内を脱気するための工程を行なう必
要がなくなるので、工数の低減をも図ることができるよ
うになる。
According to the thirty-third aspect of the present invention, since the bonding step is performed in a reduced-pressure atmosphere, when the first substrate and the second substrate are brought into close contact with each other, moisture remaining on the surface of the substrate or the concave portion is removed. The removal can be carried out after sufficient dehydration in a reduced-pressure atmosphere, so that the adhesion can be improved. Further, when the recess is sealed in a reduced pressure state by the bonding step, it is not necessary to separately perform a step for degassing the inside of the recess in a later step, so that the number of steps can be reduced. Become like

【0040】請求項34の発明によれば、第2の基板と
して、支持基板上に絶縁膜を介して半導体層が形成され
ている絶縁膜分離基板を用い、圧力基準室はその絶縁膜
分離基板の半導体層中に形成するようにしているので、
絶縁膜分離基板上にダイヤフラムや圧力基準室を形成す
ることができ、これによって、圧力センサ制御回路を圧
力基準室周囲に位置する絶縁膜分離領域に形成すること
が可能となり、素子分離構造の形成が容易になると共
に、耐圧などの電気的特性の向上も図ることができるよ
うになる。
According to the thirty-fourth aspect of the present invention, as the second substrate, an insulating film separating substrate having a semiconductor layer formed on a supporting substrate via an insulating film is used, and the pressure reference chamber is formed of the insulating film separating substrate. Because it is formed in the semiconductor layer of
A diaphragm and a pressure reference chamber can be formed on an insulating film separation substrate, thereby enabling a pressure sensor control circuit to be formed in an insulating film separation region located around the pressure reference chamber, thereby forming an element isolation structure. And electrical characteristics such as withstand voltage can be improved.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)以下、本発明の第1の実施形態につ
いて図1ないし図6を参照しながら説明する。図4
(e)は、圧力センサ用半導体基板としてのセンサチッ
プ1の模式的な断面を示すもので、支持基板となる第2
の基板としての単結晶シリコン基板2上に、シリコン酸
化膜3を介した状態でダイヤフラム形成用の第1の基板
としての単結晶シリコン基板4(図2参照)を用いて後
述するようにして形成した半導体層としての単結晶シリ
コン膜5が所定膜厚で形成され、これによってダイヤフ
ラム6が設けられた構成とされている。
(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
(E) shows a schematic cross section of the sensor chip 1 as a semiconductor substrate for a pressure sensor, and shows a second substrate serving as a support substrate.
Formed on a single-crystal silicon substrate 2 as a first substrate with a silicon oxide film 3 interposed therebetween using a single-crystal silicon substrate 4 (see FIG. 2) as a first substrate for forming a diaphragm. A single-crystal silicon film 5 as a semiconductor layer having a predetermined thickness is formed, and a diaphragm 6 is provided.

【0042】センサチップ1の中央部には圧力基準室7
が設けられ、内部がほぼ真空状態となるように減圧され
ている。圧力基準室7の側部にはこれに連通して外部に
開口した減圧用連通孔8が形成されており、後述するよ
うに、この減圧用連通孔8を介して圧力基準室7内を減
圧した後、開口部8aを保護膜9により封止することで
減圧した状態に形成されている。
In the center of the sensor chip 1, a pressure reference chamber 7 is provided.
Is provided, and the pressure is reduced so that the inside is substantially in a vacuum state. On the side of the pressure reference chamber 7, there is formed a pressure-reducing communication hole 8 which is open to the outside so as to communicate with the pressure reference chamber 7. As will be described later, the inside of the pressure reference chamber 7 is depressurized through the pressure-reducing communication hole 8. After that, the opening 8a is sealed with a protective film 9 to form a reduced pressure state.

【0043】ダイヤフラム6には圧力検出用のピエゾ抵
抗効果を有する抵抗体10が形成されており、圧力基準
室6の周辺部に位置する単結晶シリコン膜5には信号処
理用の回路を構成するMOSトランジスタなどの種々の
回路素子11が形成されており、抵抗体10により検出
される圧力検出信号の増幅や信号処理を行なって検出出
力を得るようにしている。
A resistor 10 having a piezoresistive effect for pressure detection is formed on the diaphragm 6, and a signal processing circuit is formed on the single-crystal silicon film 5 located around the pressure reference chamber 6. Various circuit elements 11 such as MOS transistors are formed, and a detection output is obtained by amplifying and processing a pressure detection signal detected by the resistor 10.

【0044】上記構成によれば、ダイヤフラム6は、外
部から圧力を受けると、その圧力と圧力基準室7との差
に相当する力が作用して歪みを生ずる。この歪みによっ
てダイヤフラム6に形成している抵抗体10がピエゾ抵
抗効果によって抵抗値が変化するので、これをブリッジ
接続した回路により電圧の変化として検出し、信号処理
回路により圧力に応じた検出信号として出力することが
できる。
According to the above configuration, when the diaphragm 6 receives a pressure from the outside, a force corresponding to a difference between the pressure and the pressure reference chamber 7 acts to generate a distortion. Since the resistance of the resistor 10 formed on the diaphragm 6 changes due to this distortion due to the piezoresistance effect, this is detected as a change in voltage by a circuit connected in a bridge, and is detected as a detection signal corresponding to the pressure by a signal processing circuit. Can be output.

【0045】この場合、圧力基準室7内は、ほぼ真空状
態に減圧されているので、気体が存在する状態と異な
り、測定環境の温度変化による内部の圧力変動が生じな
いので、常に精度の高い圧力検出動作が行なえるのであ
る。また、上述の構成においては、ダイヤフラム6を第
1の基板である単結晶シリコン基板4を用いて後述する
ようにして形成した単結晶シリコン膜5により構成する
ので、薄い膜を均一で精度良く形成することができ、こ
れによって、圧力検出精度の安定性と精度の向上を図る
ことができる。
In this case, since the pressure inside the pressure reference chamber 7 is reduced to a substantially vacuum state, unlike the state in which a gas is present, the internal pressure does not fluctuate due to the temperature change of the measurement environment, so that the accuracy is always high. The pressure detection operation can be performed. Further, in the above-described configuration, since the diaphragm 6 is formed by the single-crystal silicon film 5 formed as described later using the single-crystal silicon substrate 4 as the first substrate, a thin film is formed uniformly and accurately. Therefore, the stability and accuracy of the pressure detection accuracy can be improved.

【0046】次に上記した圧力センサの製造工程につい
て説明する。図1は、製造工程の概略を示すもので、以
下、この工程図と図2および図3の工程説明図を用いて
説明する。(1)イオン注入層形成工程(P1) まず、第1の基板である単結晶シリコン基板4を少なく
ともその一方の面を鏡面研磨した状態で準備し、この鏡
面研磨を行なった面側にイオン注入により例えば水素イ
オン(プロトン)を注入して高濃度のイオン注入層12
を形成する(図2参照)。この場合、単結晶シリコン基
板4は、たとえば、含有酸素濃度が、通常のデバイス用
に用いられるものよりも高い、1×1018atoms/cm
以上で5×1018atoms/cm程度に形成されたものを
用いており、これにより、機械的強度を高めている。な
お、含有酸素濃度は、1×1018〜1×1020atom
s/cm程度の範囲で、好ましくは1×1018〜1×1
19atoms/cmの範囲が適している。
Next, the manufacturing process of the above-described pressure sensor will be described. FIG. 1 shows an outline of the manufacturing process. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to FIGS. 2 and 3. (1) Ion-implanted layer forming step (P1) First, a single-crystal silicon substrate 4 as a first substrate is prepared with at least one surface thereof mirror-polished, and ion implantation is performed on the mirror-polished surface side. Implants, for example, hydrogen ions (protons) to form a high-concentration ion-implanted layer 12
Is formed (see FIG. 2). In this case, the single-crystal silicon substrate 4 has, for example, an oxygen concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 higher than that used for a normal device.
As described above, the material formed to have a density of about 5 × 10 18 atoms / cm 3 is used, thereby increasing the mechanical strength. The oxygen concentration is 1 × 10 18 to 1 × 10 20 atom
s / cm 3 , preferably 1 × 10 18 to 1 × 1
A range of 0 19 atoms / cm 3 is suitable.

【0047】イオン注入層12を形成する深さは、加速
電圧およびドーズ量により所定の深さ寸法に設定される
もので、形成しようとするダイヤフラム6の厚さ寸法に
対応して設ける。また、イオン注入層12のドーズ量
は、1×1016atoms/cm以上で、例えば5×10
16atoms/cmに設定されるが、このドーズ量は多いほ
ど剥離工程P4での剥離性が良くなる。なお、イオン注
入する面側にあらかじめ酸化膜を形成しておくことによ
りイオン注入による表層のダメージの緩和および不純物
汚染の低減を図ることができる。
The depth at which the ion-implanted layer 12 is formed is set to a predetermined depth according to the acceleration voltage and the dose, and is provided corresponding to the thickness of the diaphragm 6 to be formed. The dose of the ion implantation layer 12 is 1 × 10 16 atoms / cm 2 or more, for example, 5 × 10
Although it is set to 16 atoms / cm 2 , the larger the dose, the better the peeling property in the peeling step P4. By forming an oxide film in advance on the side where ions are implanted, it is possible to alleviate damage to the surface layer due to ion implantation and reduce impurity contamination.

【0048】(2)凹部形成工程(P2) 次に、第2の基板である単結晶シリコン基板2を少なく
ともその一方の面を鏡面研磨した状態で準備し、この鏡
面研磨を行なっている面側に圧力基準室7用の凹部2a
をドライエッチング処理をしたり、あるいはTMAHや
KOH(水酸化カリウム溶液)などの水溶液によりウェ
ットエッチング処理をすることにより形成する。なお、
後工程の貼り合わせ工程(P3)で真空雰囲気などの減
圧雰囲気下で貼り合わせを行なわない場合には、この時
点において、減圧用連通部としての溝部2bを同様にし
てドライエッチング処理あるいはKOH等によるウェッ
トエッチング処理などの方法により形成する必要がある
(図3参照)。
(2) Concavity Forming Step (P2) Next, a single crystal silicon substrate 2 as a second substrate is prepared in a state where at least one surface thereof is mirror-polished, and the surface side on which the mirror polishing is performed Recess 2a for pressure reference chamber 7
Is formed by dry etching or wet etching with an aqueous solution such as TMAH or KOH (a potassium hydroxide solution). In addition,
If the bonding is not performed under a reduced pressure atmosphere such as a vacuum atmosphere in the bonding step (P3) in the subsequent step, at this time, the groove 2b as the pressure reducing communication portion is similarly formed by dry etching or KOH. It must be formed by a method such as wet etching (see FIG. 3).

【0049】この場合、圧力基準室7用の凹部2aは、
測定しようとしている圧力の範囲や大きさなどによって
適切な寸法が採用されるが、一辺が10〜1000μm
程度の範囲内で例えば100μm程度の正方形状とさ
れ、深さ寸法が1〜10μm程度の範囲内で適宜の寸法
に設定される。また、溝部2bは、例えば、幅寸法が1
〜100μm程度の範囲で10μm程度で、長さ寸法は
10〜1000μm程度の範囲で数百μm程度に設定さ
れている。
In this case, the recess 2a for the pressure reference chamber 7 is
Appropriate dimensions are adopted depending on the range and magnitude of the pressure to be measured, but one side is 10 to 1000 μm
For example, a square shape of about 100 μm is set within the range of about 1 μm, and an appropriate dimension is set within a range of about 1 to 10 μm. The groove 2b has, for example, a width dimension of 1
The length is set to about 10 μm in the range of about 100 μm, and the length dimension is set to about several hundred μm in the range of about 10 to 1000 μm.

【0050】そして、単結晶シリコン基板2の表面に、
熱酸化あるいはCVD法などの方法により酸化膜3を形
成する。この酸化膜3は、単結晶シリコン基板2の凹部
2aや溝部2bの側壁や底面部にも同時に形成しても良
い。
Then, on the surface of the single crystal silicon substrate 2,
The oxide film 3 is formed by a method such as thermal oxidation or a CVD method. This oxide film 3 may be simultaneously formed on the side wall and the bottom surface of the recess 2 a and the groove 2 b of the single crystal silicon substrate 2.

【0051】(3)貼り合わせ工程(P3) 次に、単結晶シリコン基板2の凹部2aを形成した面側
に単結晶シリコン基板4のイオン注入層12を形成した
面側を貼り合わせる(図4(a)参照)。貼り合わせ工
程P3に先立って行なう基板洗浄工程においては、イオ
ン注入を施した単結晶シリコン基板4は、表面に成膜し
た汚染防止用の酸化膜4aをフッ酸水溶液などにより完
全に除去することで表面の汚染除去と平坦化が可能とな
り、その後、HSOとHを4対1で混合した
処理液などで洗浄することで表面に自然酸化膜を形成し
親水化する。
(3) Bonding Step (P3) Next, the surface of the single crystal silicon substrate 2 on which the concave portion 2a is formed is bonded to the surface of the single crystal silicon substrate 4 on which the ion implantation layer 12 is formed (FIG. 4). (A)). In the substrate cleaning step performed prior to the bonding step P3, the ion-implanted single-crystal silicon substrate 4 is completely removed by using a hydrofluoric acid aqueous solution or the like to completely remove the oxide film 4a for preventing contamination formed on the surface. The surface can be removed for contamination and flattened. After that, a natural oxide film is formed on the surface to be hydrophilic by washing with a treatment solution or the like in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed at a ratio of 4: 1.

【0052】単結晶シリコン基板2については、凹部2
aを形成した上で、HSOとHを4対1で混
合した処理液などで洗浄することで自然酸化膜を形成し
て親水かする。その後、2つの単結晶シリコン基板2,
4を密着させることで貼り合わせを行なう。基板洗浄に
関しては、単結晶シリコン基板4上の汚染防止用の酸化
膜4aを除去することなくHSOとHを4対
1で混合した処理液などを用いて洗浄を行ない、表面の
汚染物を除去することによっても平坦化をすることがで
きるようになり、貼り合わせを行なうことができるよう
になる。
For the single crystal silicon substrate 2,
After forming a, a natural oxide film is formed by washing with a processing solution or the like in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed at a ratio of 4: 1 to make the surface hydrophilic. Then, two single-crystal silicon substrates 2,
Bonding is performed by bringing 4 into close contact. Regarding the substrate cleaning, cleaning is performed by using a processing solution in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed at a ratio of 4: 1 without removing the oxide film 4 a for preventing contamination on the single crystal silicon substrate 4. By removing contaminants on the surface, planarization can be performed, and bonding can be performed.

【0053】また、上述の場合において、HSO
を4対1で混合した処理液などを用いた洗浄で
親水化処理を行なうことに代えて、フッ酸水溶液などを
用いて洗浄を行なうことによる疎水化処理を施すことも
有効な手段となる。これは、親水化処理を行なう場合に
比べて、疎水化処理を行なうことは、基板同士の接合強
度の点では低下するが、貼り合わせ自体は行なうことが
できる。そして、この疎水化処理を行なうことは、密着
強度の低下にも増して、真空中で貼り合わせを行なうこ
とが接合面内におけるガス残りを防止するという大きな
効果をもたらすものである。
In the above case, a hydrofluoric acid solution or the like is used instead of performing the hydrophilization treatment by washing using a treatment solution or the like in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed at a ratio of 4: 1. Applying a hydrophobic treatment by washing with water is also an effective means. In comparison with the case where the hydrophilic treatment is performed, performing the hydrophobic treatment lowers the bonding strength between the substrates, but the bonding itself can be performed. Performing this hydrophobizing treatment also increases the adhesion strength, and performing the bonding in a vacuum has a great effect of preventing gas remaining in the bonding surface.

【0054】すなわち、このように疎水化処理を行なっ
た状態で、真空中(減圧雰囲気中)で貼り合わせを行な
うと、界面に介在するガスや水分などによる未接合領域
の発生を防止することができると共に、圧力基準室7内
の水分残りによる真空度の低下や水分の膨張などによる
ダイヤフラム6の破損を防止して安定したものを製造す
ることができるようになる。また、真空中で貼り合わせ
を行なうことで、別途に減圧封止工程を実施する必要も
なくなる。
In other words, when bonding is performed in a vacuum (in a reduced pressure atmosphere) in the state where the hydrophobic treatment is performed, generation of an unbonded region due to gas, moisture, or the like existing at the interface can be prevented. In addition, the diaphragm 6 can be prevented from being damaged by a decrease in the degree of vacuum due to moisture remaining in the pressure reference chamber 7 and expansion of the moisture, and a stable product can be manufactured. Further, by performing the bonding in a vacuum, it is not necessary to separately perform a reduced pressure sealing step.

【0055】また、単結晶シリコン基板2および4の貼
り合わせ工程においては、単結晶シリコン基板2側の凹
部2aの開口部をなす四辺形の辺方向に対して、単結晶
シリコン基板4の貼り合わせ方向が、その劈開をしたと
きの劈開面のなす方向と平行な関係となるときに強度的
に不利な条件となるので、これを意図的に避けるような
方向に配置して貼り合わせることが好ましい(図5
(a),(b)参照)。これにより、後述する剥離工程
においては、そのときの衝撃により受ける力で、特に圧
力基準室7に対応する部分などで破損するのを防止する
効果が高くなる。
In the step of bonding the single-crystal silicon substrates 2 and 4, the single-crystal silicon substrate 4 is bonded to the side of the quadrilateral forming the opening of the recess 2a on the single-crystal silicon substrate 2 side. When the direction is parallel to the direction of the cleavage plane when the cleavage is performed, the strength is disadvantageous. Therefore, it is preferable that the bonding is performed by arranging in a direction that intentionally avoids this. (FIG. 5
(See (a) and (b)). Thereby, in a peeling step described later, the effect of preventing damage at the portion corresponding to the pressure reference chamber 7 by the force received by the impact at that time is enhanced.

【0056】この場合、例えば、単結晶シリコン基板4
の面方位が(100)面を用いている場合に、その劈開
し易い面方位としては、図6に示しているように、OF
の方向に平行あるいは直交する線として現れる(10
0)面あるいはOFの方向に45°の傾斜した線として
現れる(110)面がある。そこで、この方向と平行と
ならないように、これらの両者に対して最も大きい角度
をなすように傾斜を有する方向として例えば22〜23
°程度(正確には22.5°=45°/2)に設定して
貼り合わせることが有効である。これにより、機械的強
度を高めることができ、剥離時にも破損を防止して品質
の良好なものを得ることができるようになる。
In this case, for example, the single crystal silicon substrate 4
When the plane orientation of (100) plane is used, the plane orientation that is easily cleaved is, as shown in FIG.
Appear as lines parallel or orthogonal to the direction of
There is a (110) plane which appears as a 0) plane or a line inclined at 45 ° in the OF direction. Therefore, in order not to be parallel to this direction, a direction having an inclination so as to form the largest angle with respect to both of them is, for example, 22 to 23.
It is effective to set the temperature to about 25 ° (accurately, 22.5 ° = 45 ° / 2) and stick them together. As a result, the mechanical strength can be increased, breakage can be prevented even at the time of peeling, and a product of good quality can be obtained.

【0057】(4)剥離工程(P4) この後、接着した単結晶シリコン基板2,4を、窒素雰
囲気あるいは酸素雰囲気中で熱処理を行なう。この熱処
理では、例えば、400℃〜600℃の範囲であって5
00℃程度で行なう第1の熱処理と1000℃以上であ
って1100℃程度で行なう第2の熱処理とを順次行な
う方法と、連続的に温度を上昇させて一度に行なう方法
とがある。
(4) Peeling Step (P4) Thereafter, the bonded single-crystal silicon substrates 2 and 4 are subjected to a heat treatment in a nitrogen atmosphere or an oxygen atmosphere. In this heat treatment, for example, a temperature in the range of 400 ° C. to 600 ° C. and 5
There is a method in which the first heat treatment performed at about 00 ° C. and the second heat treatment performed at about 1000 ° C. or more and about 1100 ° C. are sequentially performed, and a method in which the temperature is continuously increased and performed at once.

【0058】そして、この熱処理を行なうことによっ
て、両基板2,4の接着面では脱水縮合反応が生じて、
接着状態をより強固な状態とすることができる。また、
水素のイオン注入層12においては、この熱処理によっ
て欠陥が局所的に集中し気泡が発生することによりその
面で剥離するようになる(図4(b)参照)。
By performing this heat treatment, a dehydration condensation reaction occurs on the bonding surfaces of the two substrates 2 and 4,
The bonding state can be made stronger. Also,
In the hydrogen ion-implanted layer 12, defects are locally concentrated by this heat treatment, and bubbles are generated, so that the surface is separated (see FIG. 4B).

【0059】これにより、単結晶シリコン基板4の表面
部分の例えば膜厚2μm程度(例えば、1〜10μm程
度の範囲で形成することが好ましい)の単結晶シリコン
膜5が単結晶シリコン基板2側に接着された状態で残さ
れるので、圧力基準室7およびダイヤフラム6を形成す
ることができる。この後、剥離された単結晶シリコン膜
5の表面を研磨などの方法により面粗度を低減させるこ
とにより平滑度を向上させる。なお、この研磨処理は、
次の素子形成工程を実施しない場合には必ずしも必要で
はない。
Thus, the single-crystal silicon film 5 having a thickness of, for example, about 2 μm (for example, preferably formed in a range of about 1 to 10 μm) on the surface of the single-crystal silicon substrate 4 is formed on the single-crystal silicon substrate 2 side. The pressure reference chamber 7 and the diaphragm 6 can be formed because they are left in the bonded state. Thereafter, the surface of the separated single crystal silicon film 5 is reduced in surface roughness by a method such as polishing to improve smoothness. In addition, this polishing process,
This is not always necessary when the next element formation step is not performed.

【0060】(5)素子形成工程(P5) 上述の状態では、単結晶シリコン膜5は、第2の基板で
ある単結晶シリコン基板2の上に絶縁膜である酸化膜3
を介した状態で形成されているので、基板構造としては
SOI(Silicon On Insulator)構造となっている。こ
の単結晶シリコン膜5に、圧力検出用のピエゾ抵抗効果
を有する抵抗体10を形成すると共に、信号処理用の回
路を構成するMOSトランジスタなどの種々の素子11
を形成する(同図(c)参照)。抵抗体10は、配線パ
ターンによりブリッジ回路が構成されるように配線さ
れ、その入出力端子間は信号処理回路と接続するように
配線される。
(5) Element Forming Step (P5) In the above state, the single crystal silicon film 5 is formed on the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate by the oxide film 3 as the insulating film.
, The substrate structure is an SOI (Silicon On Insulator) structure. On the single crystal silicon film 5, a resistor 10 having a piezoresistive effect for pressure detection is formed, and various elements 11 such as MOS transistors constituting a signal processing circuit are formed.
Is formed (see FIG. 3C). The resistor 10 is wired so that a bridge circuit is formed by the wiring pattern, and the input / output terminals are wired so as to be connected to the signal processing circuit.

【0061】(6)減圧封止工程(P6) 次に、前記貼り合わせ工程P2において、真空雰囲気中
で接合を行なわないタイプのものを製造する場合には、
圧力基準室7内を真空または所定の圧力まで減圧する必
要があるため、以下に説明する減圧封止工程P6を実施
する。すなわち、溝部2bと単結晶シリコン膜5とによ
り形成されている減圧用連通孔8の圧力基準室7と反対
側の端部に単結晶シリコン膜5に開口部8aを形成する
(同図(d)参照)。この場合、開口部8aは、単結晶
シリコン膜5の表面側からエッチング処理などにより形
成する。
(6) Pressure Reduction Sealing Step (P6) Next, in the bonding step P2, when manufacturing a type in which bonding is not performed in a vacuum atmosphere,
Since it is necessary to reduce the pressure in the pressure reference chamber 7 to a vacuum or a predetermined pressure, a pressure reduction sealing step P6 described below is performed. That is, an opening 8a is formed in the single crystal silicon film 5 at the end of the pressure reducing communication hole 8 formed by the groove 2b and the single crystal silicon film 5 opposite to the pressure reference chamber 7 (FIG. )reference). In this case, the opening 8a is formed from the surface side of the single crystal silicon film 5 by an etching process or the like.

【0062】この後、CVD装置などにより、上記のよ
うに形成した単結晶シリコン膜5の表面に絶縁保護膜9
を形成することにより、開口部8aを同時に減圧封止す
る。CVD装置内に載置した状態で減圧して真空雰囲気
中にさらして圧力基準室7内を減圧用連通孔8を介して
減圧する。内部が真空になった状態で、窒化シリコン膜
あるいは酸化シリコン膜などの絶縁保護膜9を表面全面
に堆積させることにより形成し、これによって開口部8
a内を同時に封止する。この後、フォトリソグラフィ処
理によってダイヤフラム6部分の保護膜9を剥離してセ
ンサチップ1が形成される。
Thereafter, the insulating protection film 9 is formed on the surface of the single crystal silicon film 5 formed as described above by a CVD apparatus or the like.
Is formed, the opening 8a is simultaneously sealed under reduced pressure. The pressure in the pressure reference chamber 7 is reduced through the pressure reducing communication hole 8 by decompressing the pressure reference chamber 7 while placing it in the CVD apparatus and exposing it to a vacuum atmosphere. In a state where the inside is evacuated, an insulating protective film 9 such as a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed by depositing over the entire surface, thereby forming the opening 8.
a is simultaneously sealed. Thereafter, the protective film 9 on the diaphragm 6 is peeled off by photolithography to form the sensor chip 1.

【0063】このような第1の実施形態によれば、内部
に圧力基準室7を備えた構成のダイヤフラム6を形成す
る際に、単結晶シリコン基板2にイオン注入層12を形
成した単結晶シリコン基板4を貼り合わせた後に、熱処
理を行なって剥離させることにより形成するので、貼り
合わせた後に研磨によりダイヤフラムの膜厚を設定寸法
となるように制御する従来の方法と比べて、均一で薄い
膜厚のダイヤフラム6再現性良く形成することができ、
これによって、検出精度の高い圧力センサを提供するこ
とができるようになる。
According to the first embodiment, when forming the diaphragm 6 having the pressure reference chamber 7 therein, the single-crystal silicon Since the film is formed by performing heat treatment and peeling after bonding the substrate 4, a uniform and thin film is formed as compared with the conventional method of controlling the film thickness of the diaphragm to a predetermined size by polishing after bonding. Thick diaphragm 6 can be formed with good reproducibility,
As a result, a pressure sensor with high detection accuracy can be provided.

【0064】また、第1の実施形態によれば、減圧封止
工程P6により圧力基準室7をほぼ真空状態に形成する
ことができるので、圧力基準室7内の圧力の設定を精度
良く行なえ、これによって、環境温度の変化による圧力
基準室7内の圧力変動を極力防止して精度の高い圧力検
出動作を行なうことができる圧力センサを提供すること
ができるようになる。
Further, according to the first embodiment, the pressure reference chamber 7 can be formed in a substantially vacuum state by the decompression sealing step P6, so that the pressure in the pressure reference chamber 7 can be set accurately. Thus, it is possible to provide a pressure sensor capable of performing a highly accurate pressure detection operation while minimizing a pressure change in the pressure reference chamber 7 due to a change in the environmental temperature.

【0065】なお、上記実施形態においては、単結晶シ
リコン基板2と4との間に酸化膜3を介在させる構成の
センサチップ1について説明したが、これに代えて、例
えば、酸化膜3を設けない構成とすることもできる。つ
まり、SOI構造とするのではなく、直接単結晶シリコ
ン基板2と4とを接着する構成で、センサチップの信号
処理回路としての制約がない場合には、このような構成
として単結晶シリコン膜5の部分に回路素子11を形成
することができる。
In the above embodiment, the sensor chip 1 having the structure in which the oxide film 3 is interposed between the single-crystal silicon substrates 2 and 4 has been described. Instead, for example, the oxide film 3 is provided. There may be no configuration. In other words, when the single crystal silicon substrates 2 and 4 are directly bonded to each other instead of the SOI structure, and there is no restriction as a signal processing circuit of the sensor chip, the single crystal silicon film 5 has such a configuration. The circuit element 11 can be formed in the portion.

【0066】また、ダイヤフラム6を厚く形成する場合
には、バイポーラ素子を形成することもできる。そし
て、このように酸化膜3を設けない構成とする場合に
は、信号処理回路にて発生する熱が第2の基板である単
結晶シリコン基板2側に伝わりやすくなるので、裏面側
からの放熱効果が高くなり、動作特性が向上する。
When the diaphragm 6 is formed thick, a bipolar element can be formed. In the case where the oxide film 3 is not provided, heat generated in the signal processing circuit is easily transmitted to the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate. The effect is enhanced, and the operation characteristics are improved.

【0067】また、凹部2aを形成する第2の半導体基
板として絶縁膜分離基板を用いることができる。これに
より、絶縁膜分離基板上にダイヤフラム6および圧力基
準室7を形成した構成とすることができ、これらから得
られる電気的信号を処理するための圧力センサ制御回路
をその圧力基準室7の周辺領域に形成する場合に、下地
の支持基板側と絶縁分離した状態で設けることができ、
素子分離構造の形成が容易になると共に、形成する回路
素子の耐圧などの電気的特性の点においても性能の向上
を図ることができるようになる。
Further, an insulating film separation substrate can be used as the second semiconductor substrate for forming the recess 2a. As a result, the diaphragm 6 and the pressure reference chamber 7 can be formed on the insulating film separation substrate, and a pressure sensor control circuit for processing an electric signal obtained from the diaphragm 6 and the pressure reference chamber 7 is provided around the pressure reference chamber 7. When it is formed in a region, it can be provided in a state where it is insulated and separated from the supporting substrate side of the base,
The element isolation structure can be easily formed, and the performance can be improved in terms of electrical characteristics such as withstand voltage of the circuit element to be formed.

【0068】(第2の実施形態)図7は、本発明の第2
の実施形態を示すもので、第1の実施形態と異なるとこ
ろは、第2の基板としての単結晶シリコン基板2の表面
に形成する凹部2aと溝部2bとの深さ寸法を同じ寸法
に設定したことである。すなわち、凹部形成工程P2に
おいては、単結晶シリコン基板2の表面に図7(b)に
示すようなフォトレジストパターンを形成し、この状態
として同時にエッチング処理を行うことにより、凹部2
aと溝部2bとを同じ深さ寸法で一体にした凹部2cを
形成するのである。
(Second Embodiment) FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
This embodiment is different from the first embodiment in that the depths of the recess 2a and the groove 2b formed on the surface of the single-crystal silicon substrate 2 as the second substrate are set to the same size. That is. That is, in the recess forming step P2, a photoresist pattern as shown in FIG. 7B is formed on the surface of the single crystal silicon substrate 2, and the etching process is performed simultaneously in this state, whereby the recess 2 is formed.
Thus, a concave portion 2c is formed in which a and the groove 2b are integrated at the same depth.

【0069】この場合のように、圧力測定上の条件など
において構造上の制約がない場合には、第1の実施形態
における凹部2aと溝部2bとを一体にした凹部2cと
して1回のフォトリソグラフィ処理により形成すること
ができるので、工程が少なくなる利点がある。
In this case, when there is no structural restriction in the pressure measurement conditions and the like, the concave portion 2a and the groove portion 2b in the first embodiment are integrated into the concave portion 2c by one photolithography. Since it can be formed by processing, there is an advantage that the number of steps is reduced.

【0070】(第3の実施形態)図8ないし図10は、
本発明の第3の実施形態を示すもので、第1の実施形態
と異なるところは、信号処理回路用のMOS回路素子1
1を形成していたダイヤフラム6の周辺部に位置する半
導体層5の部分を除去するように、剥離工程P4の後に
半導体層除去工程Q1を設けたところである。
(Third Embodiment) FIG. 8 to FIG.
The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a MOS circuit element 1 for a signal processing circuit is used.
The semiconductor layer removing step Q1 is provided after the peeling step P4 so as to remove the portion of the semiconductor layer 5 located at the peripheral part of the diaphragm 6 where 1 has been formed.

【0071】すなわち、第1の実施形態においては、信
号処理回路用の素子としてMOSトランジスタなどのM
OS回路素子11(深さ2〜3μmの領域で形成可能)
を形成する場合の構成を対象としていたので、ダイヤフ
ラム6として用いる単結晶シリコン膜5の膜厚が比較的
薄い場合でも形成することができた。
That is, in the first embodiment, an M element such as a MOS transistor is used as an element for a signal processing circuit.
OS circuit element 11 (can be formed in an area of 2-3 μm in depth)
Since the configuration in which the single crystal silicon film 5 is formed is intended, the single crystal silicon film 5 used as the diaphragm 6 can be formed even when the film thickness is relatively small.

【0072】しかし、例えば、センサの信号処理回路に
良く用いられるバイポーラトランジスタなどのようなバ
イポーラ素子13(図9(e)参照)を形成しようとす
ると、通常の構成においては、10μm程度までの深さ
寸法が必要であるから、ダイヤフラム6が薄く形成され
る場合においては特に接合深さ寸法に制約が大きくなっ
て回路構成を形成することが困難となる場合がある。
However, for example, when an attempt is made to form a bipolar element 13 (see FIG. 9E) such as a bipolar transistor often used in a signal processing circuit of a sensor, a depth of about 10 μm is used in a normal configuration. Since the size of the diaphragm 6 is required, when the diaphragm 6 is formed thin, the size of the junction depth is particularly restricted, and it may be difficult to form a circuit configuration.

【0073】そこで、第3の実施形態においては、ダイ
ヤフラム6を形成する単結晶シリコン膜5の膜厚の制約
を受けない構造を有するセンサチップ14を提供する。
この構成においては、バイポーラトランジスタなどのバ
イポーラ回路素子13を形成する領域として、第2の基
板である単結晶シリコン基板2の表面15を一部露出さ
せてそこに形成する構成とする。
Therefore, the third embodiment provides a sensor chip 14 having a structure which is not restricted by the thickness of the single crystal silicon film 5 forming the diaphragm 6.
In this configuration, as a region for forming a bipolar circuit element 13 such as a bipolar transistor, the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate is partially exposed and formed there.

【0074】次に、上記構成のセンサチップ14の製造
方法(図8参照)について説明する。イオン注入層形成
工程P1,凹部形成工程P2,貼り合わせ工程P3およ
び剥離工程P4は第1の実施形態と同様にして実施さ
れ、図9(a)に示すような構成を得る。次に、半導体
層除去工程Q1において、単結晶シリコン膜5のダイヤ
フラム6の領域を除いた部分を除去すべく、フォトリソ
グラフィ処理によって図10(b)に示すような形状に
パターニングし、単結晶シリコン膜5の下層に形成され
ている酸化膜3をエッチングストッパとしてエッチング
処理を行って除去する。続いて、露出した酸化膜3を同
じくエッチング処理により除去する。これにより、単結
晶シリコン基板2の表面15が部分的に露出される(図
9(b)参照)。
Next, a method of manufacturing the sensor chip 14 having the above configuration (see FIG. 8) will be described. The ion-implanted layer forming step P1, the concave part forming step P2, the bonding step P3, and the peeling step P4 are performed in the same manner as in the first embodiment, and a configuration as shown in FIG. 9A is obtained. Next, in a semiconductor layer removing step Q1, in order to remove a portion of the single crystal silicon film 5 excluding the region of the diaphragm 6, the single crystal silicon film 5 is patterned into a shape as shown in FIG. The oxide film 3 formed under the film 5 is removed by performing an etching process using the oxide film 3 as an etching stopper. Subsequently, the exposed oxide film 3 is similarly removed by etching. Thereby, the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 is partially exposed (see FIG. 9B).

【0075】次に、素子形成工程P5では、ダイヤフラ
ム6部分に前述と同様にして低抗体10を形成すると共
に、上述の工程にて露出された単結晶シリコン基板2の
表面15に信号処理回路用のMOS回路素子11および
バイポーラ回路素子13を形成する(同図(c)参
照)。
Next, in the element forming step P5, a low antibody 10 is formed on the diaphragm 6 in the same manner as described above, and the surface 15 of the single-crystal silicon substrate 2 exposed in the above-described step is formed on the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 for a signal processing circuit. Of the MOS circuit element 11 and the bipolar circuit element 13 (see FIG. 3C).

【0076】この後、第1の実施形態と同様にして減圧
封止工程P6を実施して減圧用連通孔8の端部の単結晶
シリコン膜5に開口部8aを形成し(同図(d)参
照)、CVD法によって圧力基準室7内を真空状態に減
圧して保護膜9を全面に形成することにより開口部8a
を封止する。この後、ダイヤフラム6部分の保護膜9を
除去することによりセンサチップ14が得られる。
Thereafter, a pressure reduction sealing step P6 is performed in the same manner as in the first embodiment to form an opening 8a in the single crystal silicon film 5 at the end of the pressure reduction communication hole 8 (FIG. )), The inside of the pressure reference chamber 7 is reduced to a vacuum state by the CVD method, and the protective film 9 is formed on the entire surface to form the opening 8a.
Is sealed. Thereafter, the sensor chip 14 is obtained by removing the protective film 9 from the diaphragm 6.

【0077】このような第3の実施形態によれば、半導
体層除去工程Q1を実施することにより、ダイヤフラム
6の周囲の単結晶シリコン膜5を除去して単結晶シリコ
ン基板2の表面15を露出させた状態とし、この部分に
MOS回路素子11やバイポーラ回路素子13などの信
号処理回路を形成するようにしたので、単結晶シリコン
膜5の膜厚の制約を受けることなく信号処理回路用の回
路素子11,13を形成することができるようになる。
また、このように、回路素子11,13を単結晶シリコ
ン基板2上に直接形成するので、回路で発生する熱に対
する放熱効果が向上するようになる。
According to the third embodiment, by performing the semiconductor layer removing step Q 1, the single crystal silicon film 5 around the diaphragm 6 is removed and the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 is exposed. In this state, the signal processing circuits such as the MOS circuit element 11 and the bipolar circuit element 13 are formed in this portion. Therefore, the circuit for the signal processing circuit is not restricted by the thickness of the single crystal silicon film 5. Elements 11 and 13 can be formed.
In addition, since the circuit elements 11 and 13 are formed directly on the single crystal silicon substrate 2 as described above, the effect of dissipating heat generated in the circuit is improved.

【0078】なお、上述した第3の実施形態において
も、酸化膜3を介在させない構成としてセンサチップ1
4を形成することができる。そして、この場合において
は、半導体層除去工程Q1において単結晶シリコン膜5
をエッチング処理する際に、エッチングストッパとなる
酸化膜3がないことから、単結晶シリコン膜5の膜厚分
をエッチング処理により除去した後、さらに接合部近傍
の欠陥が発生している部分をエッチングにより除去した
状態として回路素子11,13を形成することが好まし
い。
In the third embodiment described above, the sensor chip 1 has a structure in which the oxide film 3 is not interposed.
4 can be formed. In this case, in the semiconductor layer removing step Q1, the single crystal silicon film 5 is removed.
Since there is no oxide film 3 serving as an etching stopper when etching is performed, the thickness of the single-crystal silicon film 5 is removed by the etching process, and then a portion near the junction where a defect is generated is etched. It is preferable to form the circuit elements 11 and 13 in a state where the circuit elements 11 and 13 have been removed.

【0079】また、上記実施形態において、MOS回路
素子11は単結晶シリコン膜5(SOI構造となってい
る領域)に形成し、バイポーラ回路素子13を形成する
領域の単結晶シリコン膜5および酸化膜3だけを除去す
ることで露出した第2の基板である単結晶シリコン基板
2の表面15にバイポーラ回路素子13を形成する構成
としても良い。
In the above embodiment, the MOS circuit element 11 is formed in the single crystal silicon film 5 (the area having the SOI structure), and the single crystal silicon film 5 and the oxide film in the area where the bipolar circuit element 13 is formed. The bipolar circuit element 13 may be formed on the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 which is the second substrate exposed by removing only 3.

【0080】(第4の実施形態)図11ないし図13
は、本発明の第4の実施形態を示すもので、第1の実施
形態と異なるところは、センサチップ16を構成する圧
力基準室7用の凹部および減圧用連通孔8用の溝部の形
成方法である。すなわち、図13(e)に示すように、
センサチップ16は、第2の基板である単結晶シリコン
基板2の上面に所定膜厚のシリコン酸化膜17を設け
て、その一部をエッチング処理により除去することで凹
部17aおよび溝部17bを形成している。この上部に
単結晶シリコン膜5を前述同様にして形成してダイヤフ
ラム6を設けると共に圧力基準室7を設けるようにして
いる。
(Fourth Embodiment) FIGS. 11 to 13
Shows a fourth embodiment of the present invention, which is different from the first embodiment in that a method for forming a recess for the pressure reference chamber 7 and a groove for the pressure reduction communication hole 8 constituting the sensor chip 16 is described. It is. That is, as shown in FIG.
The sensor chip 16 has a concave portion 17a and a groove portion 17b formed by providing a silicon oxide film 17 having a predetermined thickness on the upper surface of a single crystal silicon substrate 2 as a second substrate and removing a part of the silicon oxide film 17 by etching. ing. A single-crystal silicon film 5 is formed on the upper surface in the same manner as described above, a diaphragm 6 is provided, and a pressure reference chamber 7 is provided.

【0081】次に、センサチップ16の製造方法(図1
1参照)について述べる。イオン注入層形成工程P1は
第1の実施形態と同様にして実施する。第2の基板であ
る単結晶シリコン基板2に対して、凹部形成工程P2に
先だって酸化膜形成工程R1を実施する。単結晶シリコ
ン基板2の表面に熱酸化あるいはCVD法などの方法に
より所定膜厚の酸化膜17を形成する。この場合、酸化
膜17の膜厚は、熱酸化法では最大2μm程度であり、
CVD法では最大5μm程度であるから、必要に応じて
適宜選択して形成する。
Next, a method of manufacturing the sensor chip 16 (FIG. 1)
1) will be described. The ion implantation layer forming step P1 is performed in the same manner as in the first embodiment. An oxide film forming step R1 is performed on the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate prior to the concave part forming step P2. An oxide film 17 having a predetermined thickness is formed on the surface of single crystal silicon substrate 2 by a method such as thermal oxidation or CVD. In this case, the maximum thickness of the oxide film 17 is about 2 μm by the thermal oxidation method.
Since the maximum thickness is about 5 μm in the CVD method, it is appropriately selected and formed as needed.

【0082】次に、凹部形成工程P2では、第1の実施
形態の場合と異なり、酸化膜17に凹部および溝部とな
る開口部17a、17bをエッチングにより開口形成す
る(図12(a),(b)参照)。以下、前述同様にし
て、貼り合わせ工程P3(図13(a)参照),剥離工
程P4(同図(b)参照),素子形成工程P5(同図
(c)参照)および減圧封止工程P6(同図(d),
(e)参照)を順次実施する。
Next, in the recess forming step P2, unlike the first embodiment, openings 17a and 17b serving as recesses and grooves are formed in the oxide film 17 by etching (FIGS. 12A and 12A). b)). Hereinafter, in the same manner as described above, the bonding step P3 (see FIG. 13A), the peeling step P4 (see FIG. 13B), the element forming step P5 (see FIG. 13C), and the reduced pressure sealing step P6. ((D),
(Refer to (e)).

【0083】これにより、半導体層としての単結晶シリ
コン膜5を形成してダイヤフラム6および圧力基準室7
を形成し、抵抗体10および回路素子11を形成した後
に開口部8aを形成し、CVD法により開口部8aから
減圧用連通孔8を介して圧力基準室8内を真空状態とな
るように減圧して保護膜9を形成することにより封止す
る。ダイヤフラム6上の保護膜9を除去することにより
センサチップ16が形成される。
Thus, a single crystal silicon film 5 as a semiconductor layer is formed, and the diaphragm 6 and the pressure reference chamber 7 are formed.
After forming the resistor 10 and the circuit element 11, an opening 8 a is formed, and the pressure is reduced from the opening 8 a via the pressure reducing communication hole 8 by the CVD method so that the inside of the pressure reference chamber 8 is in a vacuum state. Then, sealing is performed by forming a protective film 9. By removing the protective film 9 on the diaphragm 6, a sensor chip 16 is formed.

【0084】このような第4の実施形態によれば、圧力
基準室7用の凹部17aおよび減圧用連通孔8用の溝部
17bを形成するための凹部形成工程P2が、酸化膜1
7を形成してこれに窓部を形成することにより設けるよ
うにしたので、凹部17aの深さ寸法が条件に適合する
場合には簡単な処理工程を経ることによりセンサチップ
16を形成することができるようになる。
According to the fourth embodiment, the recess forming step P2 for forming the recess 17a for the pressure reference chamber 7 and the groove 17b for the pressure-reducing communicating hole 8 includes the oxide film 1
7 is formed and a window portion is formed therein, so that when the depth dimension of the concave portion 17a meets the conditions, the sensor chip 16 can be formed through a simple processing step. become able to.

【0085】(第5の実施形態)図14および図15
は、本発明の第5の実施形態を示すもので、第4の実施
形態と異なるところは、剥離工程P4の後に半導体層除
去工程Q1を実施するところである。すなわち、本実施
形態におけるセンサチップ18においては、第3の実施
形態において述べたと同様に、バイポーラ回路素子13
を設ける構成を備えたものである。
(Fifth Embodiment) FIGS. 14 and 15
Shows a fifth embodiment of the present invention, and differs from the fourth embodiment in that a semiconductor layer removing step Q1 is performed after a peeling step P4. That is, in the sensor chip 18 according to the present embodiment, as described in the third embodiment, the bipolar circuit element 13
Is provided.

【0086】次に、センサチップ18の製造方法(図1
4参照)について説明する。すなわち、前述同様にして
剥離工程P4を実施することにより単結晶シリコン膜5
を形成してダイヤフラム6および圧力基準室7を形成し
た(図15(a)参照)後に、半導体層除去工程Q1を
実施してダイヤフラム6の周囲の単結晶シリコン膜5を
除去すると共に、酸化膜17を除去することにより、単
結晶シリコン基板2の表面15を露出させた状態に形成
する(同図(b)参照)。
Next, a method of manufacturing the sensor chip 18 (FIG. 1)
4) will be described. That is, by performing the peeling step P4 in the same manner as described above, the single crystal silicon film 5 is formed.
After forming the diaphragm 6 and the pressure reference chamber 7 (see FIG. 15A), a semiconductor layer removing step Q1 is performed to remove the single crystal silicon film 5 around the diaphragm 6 and to form an oxide film. By removing 17, the single crystal silicon substrate 2 is formed in a state where the surface 15 is exposed (see FIG. 2B).

【0087】この後、素子形成工程P5を経て、単結晶
シリコン基板2の表面15にMOS回路素子11および
バイポーラ回路素子13を形成して信号処理回路を設け
る(同図(c)参照)。続いて、減圧封止工程P6によ
り、減圧用連通孔8に開口部8aを形成して(同図
(d)参照)、CVD法により保護膜9を形成して開口
部8aを封止する。ダイヤフラム6部分の保護膜9を除
去することによりセンサチップ18を得ることができ
る。
Thereafter, through an element forming step P5, a MOS circuit element 11 and a bipolar circuit element 13 are formed on the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 to provide a signal processing circuit (see FIG. 3C). Subsequently, in a reduced pressure sealing step P6, an opening 8a is formed in the communication hole 8 for reduced pressure (see FIG. 4D), and a protective film 9 is formed by a CVD method to seal the opening 8a. The sensor chip 18 can be obtained by removing the protective film 9 from the diaphragm 6.

【0088】このような第5の実施形態によれば、圧力
基準室7を得るための凹部形成工程P2を酸化膜17を
用いた構成として簡単にしながら、形成する回路素子1
1,13に対する放熱効果を向上させるために単結晶シ
リコン基板2の表面15に信号処理回路を形成すること
ができるようになる。
According to the fifth embodiment, the circuit element 1 to be formed is simplified while the recess forming step P2 for obtaining the pressure reference chamber 7 is simplified by using the oxide film 17.
A signal processing circuit can be formed on the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 in order to improve the heat radiation effect on the substrates 1 and 13.

【0089】(第6の実施形態)図16ないし図20
は、本発明の第6の実施形態を示すもので、以下第1の
実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態
は、センサチップ19として形成する場合のダイヤフラ
ム6の膜厚が薄い場合や、イオン注入層12のドーズ量
が不足した場合などに特に有効なもので、剥離工程P4
において単結晶シリコン膜5を剥離形成する際に、単結
晶シリコン基板4を確実に剥離させることができるよう
にしたものである。
(Sixth Embodiment) FIGS. 16 to 20
Shows a sixth embodiment of the present invention, and different portions from the first embodiment will be described below. This embodiment is particularly effective when the film thickness of the diaphragm 6 when formed as the sensor chip 19 is small or when the dose amount of the ion implantation layer 12 is insufficient.
When the single-crystal silicon film 5 is formed by peeling, the single-crystal silicon substrate 4 can be reliably peeled.

【0090】完成したセンサチップ19の構造として
は、第1の実施形態で述べたセンサチップ1と同じであ
り、途中の製造工程(図16参照)において異なる過程
を経るようになっている。すなわち、第1の基板として
の単結晶シリコン基板4に対しては、前述同様にしてイ
オン注入層形成工程P1にて所定条件でイオン注入層1
2を形成する(図17(a)参照)。
The structure of the completed sensor chip 19 is the same as that of the sensor chip 1 described in the first embodiment, and undergoes a different process in an intermediate manufacturing process (see FIG. 16). That is, the single-crystal silicon substrate 4 as the first substrate is subjected to the ion implantation layer 1 under a predetermined condition in the ion implantation layer forming step P1 in the same manner as described above.
2 is formed (see FIG. 17A).

【0091】次に、凹部形成工程P2においては、前述
と異なり、第2の基板としての単結晶シリコン基板2に
圧力基準室7に対応した凹部2aおよび減圧用連通孔8
に対応した溝部2bを形成する際に、凹部2a内および
溝部2b内にシリコンをエッチングしない部分をシリコ
ン支柱部20として残すようにしている。このシリコン
支柱部20は、例えば、0.1〜3μm程度の角柱状に
凹部2a,溝部2b底面部に残るようにパターニングし
てエッチング処理を行なうことにより形成する(図17
(b)参照)。
Next, in the recess forming step P2, unlike the above, the recess 2a corresponding to the pressure reference chamber 7 and the communication hole 8 for reducing pressure are formed in the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate.
When forming the groove 2b corresponding to the above, a portion where silicon is not etched in the concave portion 2a and the groove 2b is left as the silicon pillar 20. The silicon pillar portion 20 is formed by performing patterning and etching so as to remain on the bottom of the concave portion 2a and the groove portion 2b, for example, in a prismatic shape of about 0.1 to 3 μm (FIG. 17).
(B)).

【0092】なお、この場合において、溝部2bは、図
20に示すように、後工程でのエッチング処理の関係で
凹部2aの両側に形成しており(図17,図18では繁
雑を避けるために一方の溝部2bのみを図示してい
る)、それら2つの溝部2bおよび凹部2aにシリコン
支柱部20が多数配置形成されている。シリコン支柱部
20は、ここでは角柱状に形成しているが、円柱あるい
は他の形状としても差支えない。
In this case, as shown in FIG. 20, the grooves 2b are formed on both sides of the concave portion 2a due to the etching process in the later step (in FIGS. 17 and 18, in order to avoid complication). Only one groove 2b is shown), and a large number of silicon pillars 20 are formed in the two grooves 2b and the recesses 2a. Here, the silicon support portion 20 is formed in a prismatic shape, but may be formed in a cylindrical shape or another shape.

【0093】次に、熱酸化工程S1において、単結晶シ
リコン基板2を熱酸化して、シリコン支柱部20のシリ
コンを完全に酸化シリコンになるまで酸化させることに
より酸化シリコン支柱部20aとして形成する。このと
き、凹部2a,溝部2bの内底部および側壁部にも酸化
膜3が形成される(図17(c)参照)。
Next, in the thermal oxidation step S1, the single-crystal silicon substrate 2 is thermally oxidized to oxidize the silicon of the silicon pillars 20 completely to silicon oxide, thereby forming the silicon oxide pillars 20a. At this time, the oxide film 3 is also formed on the inner bottom and the side wall of the recess 2a and the groove 2b (see FIG. 17C).

【0094】この後、貼り合わせ工程P3,剥離工程P
4を経て単結晶シリコン基板2上に単結晶シリコン膜5
を形成する。このとき、貼り合わせ工程P3(図18
(a)参照)では、単結晶シリコン基板2の凹部2a,
溝部2bに形成した酸化シリコン支柱部20aの先端位
置が基板表面と同一面上にあるので、貼り合わせた単結
晶シリコン基板4の面が酸化シリコン支柱部20aに接
した状態となって密着するようになる。
Thereafter, a bonding step P3 and a peeling step P
4, a single crystal silicon film 5 on the single crystal silicon substrate 2
To form At this time, the bonding step P3 (FIG. 18)
(See (a)), in the concave portions 2a,
Since the front end position of the silicon oxide support 20a formed in the groove 2b is on the same plane as the substrate surface, the surface of the bonded single crystal silicon substrate 4 is in contact with the silicon oxide support 20a so as to be in close contact therewith. become.

【0095】このように2枚の単結晶シリコン基板2,
4を貼り付けた状態で、剥離工程P4を実施すると、ダ
イヤフラム6となる部分の単結晶シリコン膜5が単結晶
シリコン基板2側の凹部2aおよび溝部2bに形成した
酸化シリコン支柱部20aに密着した状態であるから、
単結晶シリコン基板4のイオン注入層12において剥離
がおこるときに、この部分が剥離しきれずに周囲で割れ
て第1の基板である単結晶シリコン基板4側に付いた状
態で不完全な剥離が起こるという不具合を回避すること
ができる。これは、特に剥離しようとする単結晶シリコ
ン膜5の膜厚が薄い場合には大きな要因として寄与する
ので、確実に剥離工程P4を実施するためには有効な構
造となる。
Thus, the two single-crystal silicon substrates 2
When the peeling step P4 is performed in a state where the substrate 4 is adhered, the portion of the single crystal silicon film 5 which becomes the diaphragm 6 is in close contact with the concave portion 2a and the silicon oxide support portion 20a formed in the groove portion 2b on the single crystal silicon substrate 2 side. Because it is a state
When peeling occurs in the ion-implanted layer 12 of the single-crystal silicon substrate 4, this part cannot be completely peeled and is broken around, and incomplete peeling occurs in a state of being attached to the single-crystal silicon substrate 4 side as the first substrate. The problem that occurs can be avoided. This contributes as a major factor particularly when the thickness of the single-crystal silicon film 5 to be peeled is small, so that the structure is effective for reliably performing the peeling step P4.

【0096】さて、上述のようにして剥離工程P4を実
施して単結晶シリコン膜5を形成した状態では、圧力基
準室7および減圧用連通孔8内には酸化シリコン支柱部
20aが残存した状態となっている(同図(b)参
照)。そして、この状態のまま、次の素子形成工程P5
を行って、単結晶シリコン膜5のダイヤフラム6部分に
低抗体10を形成すると共に、ダイヤフラム6の外周領
域に信号処理回路用のMOS回路素子11を形成する
(同図(c)参照)。
Now, in the state where the single crystal silicon film 5 is formed by performing the peeling step P4 as described above, the silicon oxide support 20a remains in the pressure reference chamber 7 and the pressure reducing communication hole 8. (See FIG. 3B). Then, in this state, the next element forming step P5
To form the low antibody 10 on the diaphragm 6 portion of the single crystal silicon film 5 and the MOS circuit element 11 for the signal processing circuit in the outer peripheral region of the diaphragm 6 (see FIG. 3C).

【0097】次に、支柱エッチング工程S2では、2つ
の減圧用連通孔8の端部に位置する単結晶シリコン膜5
をエッチング処理により除去して開口部8aを形成し
(図19(a)参照、図中にはひとつの開口部8aのみ
を示す)、この2つの開口部8aを介して内部にフッ化
水素液などの酸化シリコンのエッチング液を流通させて
酸化シリコン支柱部20aおよび酸化膜3を選択的にエ
ッチングして除去する(同図(b)参照)。この場合、
開口部8aが2か所に形成されているので、内部にエッ
チング液が流通しやすくなる。
Next, in the pillar etching step S2, the single-crystal silicon film 5 located at the ends of the two pressure reduction communication holes 8 is formed.
Is removed by etching to form an opening 8a (see FIG. 19A, only one opening 8a is shown in the figure), and a hydrogen fluoride solution is internally formed through the two openings 8a. The silicon oxide support 20a and the oxide film 3 are selectively etched and removed by flowing a silicon oxide etchant such as that shown in FIG. in this case,
Since the openings 8a are formed in two places, the etching liquid easily flows inside.

【0098】そして、減圧封止工程P6では、前述と同
様にしてCVD装置を用いて圧力基準室7内を真空状態
にして保護膜9を形成することにより2つの開口部8a
を保護膜9で覆うようにして封止する。この後、ダイヤ
フラム6部分の保護膜9を除去することによりセンサチ
ップ19が形成される。
Then, in the reduced pressure sealing step P6, the inside of the pressure reference chamber 7 is evacuated using the CVD apparatus in the same manner as described above to form the protective film 9, thereby forming the two openings 8a.
Is covered with a protective film 9 and sealed. Then, the sensor chip 19 is formed by removing the protective film 9 from the diaphragm 6.

【0099】このような第6の実施形態によれば、貼り
合わせ工程P3に先だって凹部2a,溝部2b内に酸化
シリコン支柱部20aを形成しておくので、貼り合わせ
工程P3でダイヤフラム6部分の接着状態を良好にする
ことができ、剥離工程P4における剥離を部分的に剥離
するなどの不具合を回避して確実に単結晶シリコン膜5
を剥離させることができるようになる。
According to the sixth embodiment, since the silicon oxide support 20a is formed in the recess 2a and the groove 2b prior to the bonding step P3, the bonding of the diaphragm 6 in the bonding step P3 is performed. The state can be improved, and the single-crystal silicon film 5 can be surely prevented by avoiding a problem such as partial peeling in the peeling step P4.
Can be peeled off.

【0100】そして、酸化シリコン支柱部20aを、凹
部2a,溝部2bの形成時に同時に単結晶シリコン基板
2をエッチングする際にシリコン支柱部20として形成
し、これを熱酸化工程S1により熱酸化して形成するの
で、工程数が大きく増加することがない。さらに、酸化
シリコン支柱部20aを減圧封止工程P6に先だって、
支柱エッチング工程S2により選択的にエッチング除去
するので、完成されたセンサチップ19に何等悪影響を
及ぼすものでもない。
Then, the silicon oxide pillar 20a is formed as the silicon pillar 20 when the single crystal silicon substrate 2 is etched simultaneously with the formation of the recess 2a and the groove 2b, and this is thermally oxidized in the thermal oxidation step S1. Since it is formed, the number of steps does not increase significantly. Further, prior to the reduced pressure sealing step P6, the silicon oxide support 20a is
Since the etching is selectively removed by the support pillar etching step S2, the completed sensor chip 19 is not affected at all.

【0101】(第7の実施形態)図21および図22
は、本発明の第7の実施形態を示すもので、第6の実施
形態と異なるところは、前述した第3の実施形態におい
て説明した半導体層除去工程Q1を素子形成工程P5に
先だって行なうことにより、第2の基板である単結晶シ
リコン基板2の表面15に信号処理回路の回路素子1
1,13を形成したところである(製造工程は、図21
参照)。
(Seventh Embodiment) FIGS. 21 and 22
Shows a seventh embodiment of the present invention. The difference from the sixth embodiment is that the semiconductor layer removing step Q1 described in the third embodiment is performed prior to the element forming step P5. The circuit element 1 of the signal processing circuit is provided on the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate.
1 and 13 have been formed (the manufacturing process is shown in FIG.
reference).

【0102】第6の実施形態と同様にしてイオン注入層
形成工程P1,凹部形成工程P2,熱酸化工程S1,貼
り合わせ工程P3および剥離工程P4(図22(a)参
照)を実施した後、半導体層除去工程Q1を実施してダ
イヤフラム6の周辺の単結晶シリコン膜5および酸化膜
3をエッチングして除去することにより第2の基板であ
る単結晶シリコン基板2の表面15を露出させる(同図
(b)参照)。
After performing the ion-implanted layer forming step P1, the recess forming step P2, the thermal oxidation step S1, the bonding step P3, and the peeling step P4 (see FIG. 22A) in the same manner as in the sixth embodiment, The semiconductor layer removing step Q1 is performed to etch and remove the single crystal silicon film 5 and the oxide film 3 around the diaphragm 6, thereby exposing the surface 15 of the single crystal silicon substrate 2, which is the second substrate. Fig. (B).

【0103】次に、素子形成工程P5では、ダイヤフラ
ム6の表面に抵抗体10を形成すると共に、露出された
単結晶シリコン基板2の表面15に信号処理回路用の回
路素子であるMOS回路素子11およびバイポーラ回路
素子13を形成する(同図(c)参照)。
Next, in the element forming step P5, the resistor 10 is formed on the surface of the diaphragm 6 and the MOS circuit element 11 serving as a circuit element for a signal processing circuit is formed on the exposed surface 15 of the single crystal silicon substrate 2. Then, a bipolar circuit element 13 is formed (see FIG. 3C).

【0104】この後、前述同様にして、支柱エッチング
工程S2にて、減圧用連通孔8に開口部8aを形成(同
図(d)参照)した後、凹部2a,溝部2b内に形成さ
れている酸化シリコン支柱部20aを選択的にエッチン
グ処理して除去し(同図(e)参照)、続いて減圧封止
工程P6にて、圧力基準室7内を減圧して真空状態とな
るようにして保護膜9を形成することにより開口部8a
を封止し、ダイヤフラム6部分の保護膜9をエッチング
除去することでセンサチップ21を得ることができる
(同図(f)参照)。
Thereafter, in the same manner as described above, in the column etching step S2, after the opening 8a is formed in the pressure-reducing communication hole 8 (see FIG. 4D), the opening 8a is formed in the recess 2a and the groove 2b. The silicon oxide support 20a is selectively removed by etching (see FIG. 3E), and then the pressure inside the pressure reference chamber 7 is reduced to a vacuum in a reduced pressure sealing step P6. The opening 8a is formed by forming the protective film 9 by
And the protective film 9 in the diaphragm 6 is removed by etching, whereby the sensor chip 21 can be obtained (see FIG. 6F).

【0105】このような第7の実施形態によれば、第6
の実施形態におけるものと同様の効果を得ることができ
ると共に、バイポーラ回路素子13を形成する場合にダ
イヤフラム6の膜厚に制限を受けることなく形成するこ
とができ、さらに、信号処理回路の発熱を第2の基板で
ある単結晶シリコン基板2の裏面側に放熱する効果を高
くすることができるようになる。
According to the seventh embodiment, the sixth embodiment
The same effect as that of the embodiment can be obtained, and when the bipolar circuit element 13 is formed, it can be formed without being restricted by the film thickness of the diaphragm 6, and furthermore, the heat generation of the signal processing circuit can be reduced. The effect of radiating heat to the back side of the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate can be enhanced.

【0106】(第8の実施形態)図23ないし図26
は、本発明の第8の実施形態を示すもので、第6の実施
形態と異なるところは、センサチップ22の構造として
第2の基板である単結晶シリコン基板2の表面の酸化膜
3を形成しない構成とするために、製造工程上で、凹部
形成工程P2に先だって窒化膜形成工程T1(図23参
照)を設けたところである。
(Eighth Embodiment) FIGS. 23 to 26
Shows an eighth embodiment of the present invention. The difference from the sixth embodiment is that an oxide film 3 on the surface of a single crystal silicon substrate 2 which is a second substrate is formed as a structure of a sensor chip 22. In order to avoid such a configuration, a nitride film forming step T1 (see FIG. 23) is provided prior to the concave part forming step P2 in the manufacturing process.

【0107】すなわち、前述同様にイオン注入層形成工
程P1を実施(図24(a)参照)した後、第2の基板
である単結晶シリコン基板2に対しては、窒化膜形成工
程T1において、鏡面研磨された表面に窒化シリコン膜
23を形成する。この後、凹部形成工程P2にて、その
一部をフォトリソグラフィ処理によりパターニングし
て、第2の実施形態で述べたと同様に圧力基準室7用の
凹部2aと減圧用連通孔8の溝部2bとを一体にした形
状の凹部2c(図7参照)を形成するようにエッチング
除去する(図24(b)参照)。
That is, after performing the ion-implanted layer forming step P1 in the same manner as described above (see FIG. 24A), the single-crystal silicon substrate 2 serving as the second substrate is subjected to the nitride film forming step T1. A silicon nitride film 23 is formed on the mirror-polished surface. Thereafter, in the recess forming step P2, a part thereof is patterned by photolithography to form the recess 2a for the pressure reference chamber 7 and the groove 2b of the pressure reducing communication hole 8 in the same manner as described in the second embodiment. Are removed by etching so as to form a concave portion 2c (see FIG. 7) having an integral shape (see FIG. 24B).

【0108】このとき、凹部2c内には第6の実施形態
と同様に、シリコン支柱部20が多数形成される。そし
て、熱酸化工程S1を実施することによりシリコン支柱
部20を完全に酸化シリコンにして酸化シリコン支柱部
20aを形成すると共に、凹部2cの底面および側面に
も酸化膜3を形成する(同図(c)参照)。なお、この
熱酸化工程S1では、単結晶シリコン基板2の窒化シリ
コン膜23が形成されている部分にはこれがマスクとな
って酸化膜は形成されない。
At this time, a large number of silicon pillars 20 are formed in the recess 2c, as in the sixth embodiment. Then, by performing the thermal oxidation step S1, the silicon support 20 is completely made of silicon oxide to form the silicon oxide support 20a, and the oxide film 3 is also formed on the bottom and side surfaces of the concave portion 2c (FIG. c)). In the thermal oxidation step S1, an oxide film is not formed on the portion of the single crystal silicon substrate 2 where the silicon nitride film 23 is formed as a mask.

【0109】この後、窒化シリコン膜23をエッチング
処理により除去した状態として次の貼り合わせ工程P3
を実施する(図26(a)参照)。以下、剥離工程P4
(同図(b)参照)および素子形成工程P5を実施して
抵抗体10およびMOS回路素子11を単結晶シリコン
膜5上に形成する(同図(c)参照)。続いて、支柱エ
ッチング工程S2(図26(a)参照)および減圧封止
工程P6(同図(b),(c)参照)を経てセンサチッ
プ22を得ることができるようになる。
Thereafter, the state in which the silicon nitride film 23 has been removed by etching is set in the next bonding step P3.
(See FIG. 26A). Hereinafter, the peeling step P4
(See FIG. 2B) and an element forming step P5 are performed to form the resistor 10 and the MOS circuit element 11 on the single crystal silicon film 5 (see FIG. 2C). Subsequently, the sensor chip 22 can be obtained through the pillar etching step S2 (see FIG. 26A) and the reduced pressure sealing step P6 (see FIGS. 26B and 28C).

【0110】この場合、センサチップ22の構造とし
て、単結晶シリコン基板2の表面に酸化膜3を設けない
構成としているので、支柱エッチング工程S2において
は、第6の実施形態におけるような酸化膜3のオーバー
エッチングによる不具合を考慮する必要がなく、したが
って、酸化シリコン支柱部20aを確実にエッチング除
去するように制御することができる。
In this case, the structure of the sensor chip 22 is such that the oxide film 3 is not provided on the surface of the single crystal silicon substrate 2, so that in the pillar etching step S2, the oxide film 3 as in the sixth embodiment is used. It is not necessary to consider the problem caused by over-etching, and therefore, control can be performed so that the silicon oxide support portion 20a is surely removed by etching.

【0111】このような第8の実施形態によれば、第6
の実施形態と同様の効果を得ることができると共に、支
柱エッチング工程S2におけるエッチング処理の制御性
の向上を図ることができる。
According to the eighth embodiment, the sixth embodiment
The same effect as that of the embodiment can be obtained, and the controllability of the etching process in the pillar etching step S2 can be improved.

【0112】なお、上述の場合に、第2の基板である単
結晶シリコン基板2の表面に、先に酸化膜を形成し、そ
の上に窒化シリコン膜23を設けた状態で凹部形成工程
P2を実施するようにしても良いし、あるいは、窒化シ
リコン膜23の上にフォトレジストを設けた状態として
これをマスク材として凹部形成工程P2を実施しても良
い。
In the above case, the recess forming step P2 is performed in a state where an oxide film is first formed on the surface of the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate, and the silicon nitride film 23 is provided thereon. Alternatively, the concave portion forming step P2 may be performed using a photoresist provided on the silicon nitride film 23 as a mask material.

【0113】(第9の実施形態)図27および図28
は、本発明の第9の実施形態を示すもので、第1の実施
形態と異なるところは、第1の基板である単結晶シリコ
ン基板4に対して、イオン注入層12を形成する側の面
の表層部分を非晶質化する非晶質膜形成工程U1(図2
7参照)を実施するようにしたところである。
(Ninth Embodiment) FIGS. 27 and 28
Shows a ninth embodiment of the present invention. What is different from the first embodiment is that the surface on the side where the ion implantation layer 12 is formed is formed with respect to the single crystal silicon substrate 4 which is the first substrate. Film forming step U1 (FIG. 2) for amorphizing the surface layer portion of FIG.
7).

【0114】すなわち、単結晶シリコン基板4にイオン
注入層12を形成した後、非晶質膜形成工程U1では、
イオン注入法により例えば、シリコンイオンあるいはア
ルゴンイオンなどの希ガスイオンを表層部に注入し、こ
れによってイオン注入層12よりも浅い領域に非晶質膜
であるシリコンのアモルファス層24を形成する(図2
8参照)。これにより、単結晶シリコン基板4の剥離し
ようとする部分の機械的強度を高くすることができ、剥
離工程P4で剥離する際に、部分的な割れや破れなどの
発生を防止することができるようになる。
That is, after the ion implantation layer 12 is formed on the single crystal silicon substrate 4, in the amorphous film forming step U1,
For example, a rare gas ion such as a silicon ion or an argon ion is implanted into the surface layer portion by an ion implantation method, thereby forming an amorphous silicon layer 24 as an amorphous film in a region shallower than the ion implantation layer 12 (FIG. 2
8). Thereby, the mechanical strength of the portion of the single crystal silicon substrate 4 to be separated can be increased, and the occurrence of partial cracks, tears, and the like can be prevented when the single crystal silicon substrate 4 is separated in the separation step P4. become.

【0115】また、形成されたアモルファス層24は、
剥離工程P4における高温の熱処理工程を経ることによ
り、剥離した部分に残っている単結晶シリコンをシード
として再配列して単結晶化することができ、これによっ
て単結晶シリコン膜5を得ることができる。
Further, the formed amorphous layer 24
Through the high-temperature heat treatment step in the separation step P4, single-crystal silicon remaining in the separated part can be rearranged as a seed to be single-crystallized, thereby obtaining the single-crystal silicon film 5. .

【0116】このような第9の実施形態によれば、剥離
工程P4での単結晶シリコン膜5の割れや破れを防止す
るために、非晶質膜形成工程U1を実施して機械的強度
の向上を図るので、割れの発生を極力低減して確実に単
結晶シリコン膜5を剥離形成することができるようにな
る。なお、上述した非晶質膜形成工程U1は、イオン注
入層形成工程P1の前に行なっても良い。
According to the ninth embodiment, in order to prevent the single crystal silicon film 5 from being cracked or broken in the peeling step P4, the amorphous film forming step U1 is performed to reduce the mechanical strength. Since improvement is achieved, the occurrence of cracks is reduced as much as possible, and the single crystal silicon film 5 can be surely peeled off. The above-described amorphous film forming step U1 may be performed before the ion-implanted layer forming step P1.

【0117】(第10の実施形態)図29は、本発明の
第10の実施形態を示すもので、第9の実施形態と異な
るところは、第1の基板である単結晶シリコン基板4に
対して、非晶質膜としてのアモルファスシリコン膜25
を堆積させることにより形成するようにしたところであ
る。
(Tenth Embodiment) FIG. 29 shows a tenth embodiment of the present invention. The difference from the ninth embodiment is that a single crystal silicon substrate 4 as a first substrate is used. And an amorphous silicon film 25 as an amorphous film.
Is formed by depositing.

【0118】すなわち、図29に示すように、イオン注
入層形成工程P1の前あるいは後において、CVD法あ
るいはPVD(物理的堆積法)によりアモルファスシリ
コン膜25を形成する。これにより、第9の実施例と同
様の作用効果を得ることができる。なお、この場合にお
いては、アモルファスシリコン膜25に代えて、多結晶
シリコン膜や酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜を
形成することによっても同様の効果を得ることができ
る。また、アモルファスシリコン膜25は、前述同様
に、剥離工程P4にて単結晶化することができる。
That is, as shown in FIG. 29, before or after the ion implantation layer forming step P1, the amorphous silicon film 25 is formed by the CVD method or the PVD (physical deposition method). Thus, the same function and effect as in the ninth embodiment can be obtained. In this case, the same effect can be obtained by forming a polycrystalline silicon film, a silicon oxide film, or a silicon nitride film instead of the amorphous silicon film 25. Further, the amorphous silicon film 25 can be monocrystallized in the peeling step P4 as described above.

【0119】(第11の実施形態)図30および図31
は、本発明の第11の実施形態を示すもので、第1の実
施形態と異なるところは、センサチップ26の構造とし
て、減圧用連通孔8を第2の基板である単結晶シリコン
基板2の背面側に導出する開口部27として形成したと
ころである。
(Eleventh Embodiment) FIGS. 30 and 31
Shows an eleventh embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that, as the structure of the sensor chip 26, the communication hole 8 for pressure reduction is formed in the single crystal silicon substrate 2 as the second substrate. It is just formed as an opening 27 leading to the back side.

【0120】すなわち、この実施形態においては、製造
工程としては第1の実施形態と同様(図1参照)であ
り、前述同様にしてイオン注入層形成工程P1(図30
(a)参照),凹部形成工程P2を実施して貼り合わせ
工程P3(同図(b)参照)に移行する。このとき、凹
部形成工程P2では、圧力基準室7用の凹部2aとは別
に、単結晶シリコン基板2の凹部2a底面部と裏面側と
を連通するように開口部27をエッチング処理により形
成する。
That is, in this embodiment, the manufacturing process is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), and the ion-implanted layer forming process P1 (FIG.
(See (a)), the recess forming step P2 is performed, and the process proceeds to the bonding step P3 (see FIG. (B)). At this time, in the recess forming step P2, an opening 27 is formed by etching so that the bottom surface of the recess 2a of the single crystal silicon substrate 2 communicates with the back surface separately from the recess 2a for the pressure reference chamber 7.

【0121】以下、剥離工程P4(同図(c)参照),
素子形成工程P5(図31(a)参照)および減圧封止
工程P6(同図(b),(c)参照)を実施してセンサ
チップ26を形成する。この場合、減圧封止工程P6に
おいては、開口部27を介して圧力基準室7内を減圧し
て真空状態とし、この後、封止部材28により封止す
る。また、別途に、センサチップ26の表面にはダイヤ
フラム6部分を除いて保護膜9を形成する。
Hereinafter, a peeling step P4 (see FIG. 14C),
An element forming step P5 (see FIG. 31A) and a reduced pressure sealing step P6 (see FIGS. 31B and 31C) are performed to form the sensor chip 26. In this case, in the decompression sealing step P6, the inside of the pressure reference chamber 7 is depressurized through the opening 27 to be in a vacuum state, and then sealed by the sealing member 28. Separately, the protective film 9 is formed on the surface of the sensor chip 26 except for the diaphragm 6.

【0122】このような第11の実施形態によっても前
述と同様の作用効果を得ることができるようになる。な
お、上述の場合において、センサチップ26の使用形態
の一つとして、例えば、圧力基準室7内を大気に開放し
てダイヤフラム6に受ける圧力差による検出動作を行な
う場合には、封止部材28を設けない構成として利用す
ることもできる。
According to the eleventh embodiment, the same operation and effect as described above can be obtained. In the above-described case, as one of the usage modes of the sensor chip 26, for example, when the pressure reference chamber 7 is opened to the atmosphere and the detection operation is performed based on the pressure difference applied to the diaphragm 6, the sealing member 28 is used. It is also possible to use as a configuration without providing.

【0123】(第12の実施形態)図32ないし図35
は、本発明の第12の実施形態を示すもので、以下、第
1の実施形態と異なるところについて説明する。この実
施形態においては、図35(h)に示すように、圧力セ
ンサ用半導体基板29は、支持基板となる単結晶シリコ
ン基板30の表面に絶縁膜としてのシリコン酸化膜31
が形成され、これには、所定の領域にシリコン酸化膜3
1およびシリコン単結晶基板30の所定深さまで形成さ
れた凹部32により圧力基準室33が形成されている。
(Twelfth Embodiment) FIGS. 32 to 35
Shows a twelfth embodiment of the present invention, and the points different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, as shown in FIG. 35 (h), a semiconductor substrate 29 for a pressure sensor is formed by forming a silicon oxide film 31 as an insulating film on a surface of a single crystal silicon substrate 30 serving as a support substrate.
Is formed, which includes a silicon oxide film 3 in a predetermined region.
A pressure reference chamber 33 is formed by the recess 1 formed to a predetermined depth of the silicon single crystal substrate 1 and the silicon single crystal substrate 30.

【0124】そして、圧力基準室33を閉塞するように
して単結晶シリコン基板30の表面に半導体層としての
単結晶シリコン薄膜34が形成され、ダイヤフラム35
が設けられる。圧力基準室33内は、減圧されており、
真空状態に近い圧力に設定されている。したがって、基
本的には、第1の実施形態において示した圧力センサ用
半導体基板であるセンサチップ1の構造と同じである。
なお、図中には、単結晶シリコン薄膜34には圧力測定
用の抵抗体やセンサ回路などは形成されていない状態で
示している。
Then, a single-crystal silicon thin film 34 as a semiconductor layer is formed on the surface of the single-crystal silicon substrate 30 so as to close the pressure reference chamber 33, and a diaphragm 35 is formed.
Is provided. The pressure inside the pressure reference chamber 33 is reduced,
The pressure is set close to the vacuum state. Therefore, the structure is basically the same as the structure of the sensor chip 1 which is the semiconductor substrate for a pressure sensor shown in the first embodiment.
In the drawing, the single-crystal silicon thin film 34 is shown without a resistor or a sensor circuit for measuring pressure.

【0125】次に、図32および図33に示す製造工程
の概略を参照して、圧力センサ用半導体基板29の製造
工程について概略的に説明する。 (1)イオン注入層形成工程V1 まず、第1の基板としての絶縁膜分離基板36を形成す
る過程を、図32に示す工程及び図34の模式的断面図
を参照して説明する。この絶縁膜分離板36は、第1の
基板により形成する単結晶シリコン薄膜34をダイヤフ
ラム35として利用する場合に、ダイヤフラム35の厚
さ寸法を精度良く設定可能とするために採用するもので
ある(同図(c)参照)。
Next, with reference to the outline of the manufacturing process shown in FIGS. 32 and 33, the manufacturing process of the pressure sensor semiconductor substrate 29 will be schematically described. (1) Ion Implantation Layer Forming Step V1 First, the process of forming the insulating film separation substrate 36 as the first substrate will be described with reference to the step shown in FIG. 32 and the schematic sectional view of FIG. The insulating film separation plate 36 is used to enable the thickness dimension of the diaphragm 35 to be set with high accuracy when the single crystal silicon thin film 34 formed of the first substrate is used as the diaphragm 35 ( FIG.

【0126】まず、第3の基板としての単結晶シリコン
基板37を準備し、これに、表面から所定の深さ寸法の
位置に水素イオン(プロトン)を注入した高濃度のイオ
ン注入層38を形成する(図34(a)参照)。この場
合、イオン注入層38を形成する深さは、注入加速電圧
により決定されるもので、最終的には、ダイヤフラム3
5の厚さ寸法を決めるため、あらかじめ所望の厚みとな
るように設定しておく必要がある。
First, a single-crystal silicon substrate 37 as a third substrate is prepared, and a high-concentration ion-implanted layer 38 in which hydrogen ions (protons) have been implanted at a predetermined depth from the surface is formed thereon. (See FIG. 34A). In this case, the depth at which the ion implantation layer 38 is formed is determined by the implantation acceleration voltage.
In order to determine the thickness dimension of No. 5, it is necessary to previously set the thickness to a desired value.

【0127】具体的には、2.0μmのダイヤフラム3
5を得るためには、220keVが必要であり、1.0
μmのダイヤフラム35を得るためには、120keV
程度の加速電圧で水素イオンを注入することになる。ま
た、イオン注入量は、1×1016atoms /cm以上
で、望ましくは5×1016atoms /cm以上が必要で
ある。また、イオン注入する単結晶シリコン基板37表
面をあらかじめ熱酸化もしくは成膜法により酸化膜39
を形成することで、イオン注入による表層のダメージ緩
和や不純物汚染防止が可能となる。
Specifically, a 2.0 μm diaphragm 3
In order to obtain 5, 220 keV is required, and 1.0 keV is required.
In order to obtain the μm diaphragm 35, 120 keV
Hydrogen ions are implanted at a moderate acceleration voltage. Further, the ion implantation dose is 1 × 10 16 atoms / cm 2 or more, and preferably 5 × 10 16 atoms / cm 2 or more. In addition, the surface of the single crystal silicon substrate 37 to be ion-implanted is previously oxidized by thermal oxidation or a film forming method.
By this, it is possible to alleviate damage to the surface layer due to ion implantation and prevent impurity contamination.

【0128】(2)貼り合わせ工程V2 次に、第3の基板である単結晶シリコン基板37と、こ
れとは別途に準備する第4の基板である単結晶シリコン
基板40を用いて両者を貼り合わせる(図34(b)参
照)。貼り合わせ工程に先立って行う基板洗浄工程にお
いては、イオン注入層38を形成している単結晶シリコ
ン基板37は、表面に成膜した汚染防止用の酸化膜39
をフッ酸水溶液などのエッチング液を用いて完全に除去
することで表面の汚染除去および平坦化をすることがで
き、その後、HSO(硫酸)とH(過酸化水
素水)を4対1で混合した溶液により洗浄することで、
表面に自然酸化膜を形成し、親水化処理を行う。
(2) Laminating Step V2 Next, both are laminated using a single-crystal silicon substrate 37 as a third substrate and a single-crystal silicon substrate 40 as a fourth substrate separately prepared. (See FIG. 34B). In the substrate cleaning step performed prior to the bonding step, the single-crystal silicon substrate 37 on which the ion-implanted layer 38 is formed is covered with an oxide film 39 for preventing contamination formed on the surface.
Is completely removed by using an etching solution such as a hydrofluoric acid aqueous solution, whereby the surface can be contaminated and flattened, and then H 2 SO 4 (sulfuric acid) and H 2 O 2 (hydrogen peroxide solution) By washing the solution with a 4: 1 mixture,
A natural oxide film is formed on the surface, and a hydrophilic treatment is performed.

【0129】第4の基板である単結晶シリコン基板40
については、あらかじめ絶縁膜分離基板36の埋め込み
酸化膜(絶縁膜)として機能するシリコン酸化膜41を
成膜した上で、HSOとHを4対1で混合し
た溶液により洗浄することで、表面に自然酸化膜を形成
し、親水化処理を行う。この後、2枚の基板を密着させ
ることで貼り合わせを行う。なお、基板洗浄に関して
は、単結晶シリコン基板37については汚染防止用の酸
化膜39を除去することなく、HSOとH
4対1で混合した溶液により洗浄することのみにより表
面の汚染物を除去することによっても平坦化が可能とな
り、単結晶シリコン基板40との貼り合わせも可能とな
る。
Single-crystal silicon substrate 40 as fourth substrate
As for the method, a silicon oxide film 41 functioning as a buried oxide film (insulating film) of the insulating film separation substrate 36 is formed in advance, and then washed with a mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 at a ratio of 4: 1. As a result, a natural oxide film is formed on the surface, and a hydrophilic treatment is performed. Thereafter, the two substrates are brought into close contact with each other to perform bonding. As for the substrate cleaning, the single-crystal silicon substrate 37 is cleaned only with a solution in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed at a ratio of 4: 1 without removing the oxide film 39 for preventing contamination. By removing contaminants on the surface, planarization can be performed, and bonding with the single crystal silicon substrate 40 can also be performed.

【0130】また、HSOとHを4対1で混
合した溶液により洗浄することで、表面に自然酸化膜を
形成し、親水化処理を行う上述の方法に代えて、基板洗
浄処理を、フッ酸水溶液などの疎水化処理を行うことも
有効である。これは、疎水化処理をすることにより、接
合強度は多少低下するが、ある程度以上の接合強度が得
られる場合には、接合面における水分の残存を極力低減
することができる。これは、真空雰囲気中で貼り合わせ
を行う場合には、圧力基準室33を同時に形成する構成
のときには、特に未接合領域(ボイド)の発生や圧力基
準室33内の水分残りを防止して確実に貼り合わせを行
うことができるようになる。
Further, by washing with a solution in which H 2 SO 4 and H 2 O 2 are mixed in a ratio of 4: 1, a natural oxide film is formed on the surface and the substrate is replaced with the above-described method of performing the hydrophilic treatment. It is also effective to carry out a hydrophobizing treatment such as a hydrofluoric acid aqueous solution for the cleaning treatment. Although the bonding strength is slightly reduced by performing the hydrophobizing treatment, when a certain level of bonding strength is obtained, residual moisture on the bonding surface can be reduced as much as possible. This is because when the bonding is performed in a vacuum atmosphere, when the pressure reference chamber 33 is formed at the same time, the occurrence of unbonded regions (voids) and the residual moisture in the pressure reference chamber 33 are particularly prevented. Can be bonded.

【0131】(3)剥離工程V3 次に、2つの基板を貼り合わせた状態で、熱処理を行
い、これによって接合面の接合強度の強化を図ると共
に、イオン注入層38での注入水素の圧力上昇により剥
離を起こさせる(図34(c)参照)。この時の熱処理
温度は、400℃〜600℃程度が必要であり、熱処理
装置は電気炉であってもランプ加熱による短時間熱処理
であっても良い。なお、熱処理雰囲気は、大気圧中(例
えば、窒素雰囲気)であっても真空中であっても、いず
れにおいても剥離を行わせることができる。
(3) Peeling Step V3 Next, a heat treatment is performed in a state where the two substrates are bonded to each other, thereby strengthening the bonding strength of the bonding surface and increasing the pressure of the injected hydrogen in the ion implantation layer 38. (See FIG. 34C). The heat treatment temperature at this time needs to be about 400 ° C. to 600 ° C., and the heat treatment apparatus may be an electric furnace or a short heat treatment by lamp heating. Note that peeling can be performed in any of a heat treatment atmosphere and an atmospheric pressure (for example, a nitrogen atmosphere) or a vacuum.

【0132】水素イオン注入層38が形成されている部
分で、半導体層としての単結晶シリコン薄膜34が剥離
し、これが第4の基板である単結晶シリコン基板40上
に酸化膜41を介して貼り合わされた状態となり、これ
によって絶縁膜分離基板の構造を得ることができるよう
になる。上述した400℃〜600℃程度での熱処理で
は十分な接合強度を得ることができないので、実際に
は、剥離後に1000℃以上で好ましくは1100℃以
上の温度で熱処理を行う。
At the portion where the hydrogen ion implanted layer 38 is formed, the single crystal silicon thin film 34 serving as a semiconductor layer is peeled off and adhered to a single crystal silicon substrate 40 as a fourth substrate via an oxide film 41. It is brought into a state of being joined, whereby the structure of the insulating film separation substrate can be obtained. Since sufficient bonding strength cannot be obtained by the above-described heat treatment at about 400 ° C. to 600 ° C., the heat treatment is actually performed at a temperature of 1000 ° C. or higher, preferably 1100 ° C. or higher after peeling.

【0133】また、剥離面の表面粗さはRa値で5〜1
0nmであり、次の工程での単結晶シリコン基板(第2
の基板)30との貼り合わせを達成するためには、表面
粗さRa=0.5nm以下にすることが必要であり、機
械的研磨法CMP(ChemicalMechanical Polishing )
により表面平滑化を達成するか、剥離面を熱酸化した後
に酸化膜のみをエッチングにより平滑化を行う必要があ
る。この結果、絶縁膜分離基板36を第1の基板として
形成することができるようになる。
The surface roughness of the peeled surface was 5 to 1 in Ra value.
0 nm, and a single-crystal silicon substrate (second
In order to achieve the bonding with the substrate 30, the surface roughness Ra needs to be equal to or less than 0.5 nm, and the mechanical polishing method CMP (Chemical Mechanical Polishing) is used.
It is necessary to achieve smoothing of the surface by heat treatment, or to smooth the oxide film only by etching after thermally oxidizing the peeled surface. As a result, the insulating film separation substrate 36 can be formed as a first substrate.

【0134】(4)凹部形成工程P2 この工程は、第1の実施形態において述べたのと同様の
工程が実施され、第2の基板としての単結晶シリコン基
板30にエッチングにより凹部32が形成される(図3
5(d)右側参照)。ただし、この場合において、この
実施形態における説明では、第1の実施形態の場合と異
なり、減圧用連通部2bを設けないで圧力基準室33を
形成する工程を採用するので、後の工程も若干の変更が
ある。しかし、この実施形態においても、第1の実施形
態と同様に、減圧用連通部2bを設ける構成の工程を採
用することもできる。
(4) Concave Forming Step P2 In this step, the same step as that described in the first embodiment is performed, and the concave 32 is formed in the single crystal silicon substrate 30 as the second substrate by etching. (Fig. 3
5 (d) right side). However, in this case, in the description of this embodiment, unlike the case of the first embodiment, the step of forming the pressure reference chamber 33 without providing the pressure-reducing communication portion 2b is adopted, so that the subsequent steps are slightly There are changes. However, also in this embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to adopt a step of providing the pressure-reducing communication portion 2b.

【0135】(5)イオン注入層形成工程V4 この工程においては、絶縁膜分離基板36に形成した酸
化膜41の内部あるいはその酸化膜41よりも深い位置
に剥離用のイオン注入層42を形成する(同図(d)左
側参照)。この場合、イオン注入層42は、例えば水素
イオン(プロトン)を注入して高濃度の水素イオン注入
層として形成する。また、イオン注入層42を形成する
深さは、注入加速電圧により決定されるので、酸化膜4
1内もしくはそれよりも深い位置の基板内部に注入ピー
クが位置するように設定する。この時、イオン注入量は
1×1016atoms /cm以上で、望ましくは5×10
atoms /cm以上が必要である。
(5) Ion Implanted Layer Forming Step V4 In this step, a stripped ion implanted layer 42 is formed inside the oxide film 41 formed on the insulating film separation substrate 36 or at a position deeper than the oxide film 41. (See (d) on the left side of the figure). In this case, the ion implantation layer 42 is formed as a high-concentration hydrogen ion implantation layer by implanting, for example, hydrogen ions (protons). Since the depth at which the ion implantation layer 42 is formed is determined by the implantation acceleration voltage, the oxide film 4
It is set so that the implantation peak is located within the substrate 1 or inside the substrate at a position deeper than that. At this time, the ion implantation amount is 1 × 10 16 atoms / cm 2 or more, preferably 5 × 10 16 atoms / cm 2.
1 is required 6 atoms / cm 2 or more.

【0136】(6)貼り合わせ工程P3 ここでは、絶縁分離膜基板36と凹部34を形成した単
結晶シリコン基板30とを貼り合わせる(図35(e)
参照)。貼り合わせ工程に先立って行う基板洗浄工程に
おいては、HSOとHを4対1で混合した溶
液により洗浄することで、表面に自然酸化膜を形成し、
親水化処理を行う。単結晶シリコン基板30について
は、あらかじめ酸化膜31を表面に成膜した上で、表面
に自然酸化膜を形成し、親水化処理を行う。この後、2
つの基板を密着させることで、貼り合わせを行う。
(6) Bonding Step P3 Here, the insulating separation film substrate 36 is bonded to the single crystal silicon substrate 30 having the concave portions 34 formed thereon (FIG. 35E).
reference). In a substrate cleaning step performed prior to the bonding step, a natural oxide film is formed on the surface by cleaning with a mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 at a ratio of 4: 1.
Perform hydrophilic treatment. With respect to the single crystal silicon substrate 30, an oxide film 31 is formed on the surface in advance, a natural oxide film is formed on the surface, and a hydrophilic treatment is performed. After this, 2
Bonding is performed by bringing two substrates into close contact.

【0137】この時、貼り合わせを行う雰囲気は、大気
圧中であっても良いし、真空中であっても良い。この
時、真空中で貼り合わせを行うことにより、接合面内で
の空気残りを防止できると共に、未接合領域(ボイド)
が低減できるほかに、圧力基準室33用の凹部34内部
の脱水が行えるので、素子形成後に行う減圧封止工程を
不要とすることができる。この結果、ダイヤフラム35
を形成した後に、水分の膨張によるダイヤフラム35の
破損の発生を防止できるようになる。
At this time, the atmosphere for the bonding may be atmospheric pressure or vacuum. At this time, by performing the bonding in a vacuum, it is possible to prevent the air remaining in the bonding surface and to prevent the unbonded region (void)
In addition, since the inside of the concave portion 34 for the pressure reference chamber 33 can be dehydrated, the decompression sealing step performed after forming the element can be omitted. As a result, the diaphragm 35
After the formation, the occurrence of breakage of the diaphragm 35 due to the expansion of water can be prevented.

【0138】(7)支持基板薄片化工程V5 絶縁膜分離基板36を薄片化するために、イオン注入層
42部分での剥離を行う。剥離を引き起こすために、2
つの基板を貼り合わせた状態で、熱処理を施し、イオン
注入層42部分の注入水素の圧力上昇を発生させて剥離
を起こす(図35(f)参照)。また、この熱処理で同
時に接合面の接合強度の強化を図る。熱処理温度やその
他の条件は、前述した剥離工程V3とほぼ同じである。
この結果、単結晶シリコン基板30上に半導体層として
の単結晶シリコン薄膜34を埋め込み酸化膜34を介し
た状態で形成することができる。
(7) Support Substrate Thinning Step V5 In order to thin the insulating film separation substrate 36, peeling at the ion-implanted layer 42 is performed. 2 to cause delamination
In a state where the two substrates are bonded to each other, heat treatment is performed to cause a rise in the pressure of the implanted hydrogen in the ion-implanted layer 42, thereby causing separation (see FIG. 35F). In addition, the joint strength of the joint surface is simultaneously enhanced by this heat treatment. The heat treatment temperature and other conditions are almost the same as those in the peeling step V3 described above.
As a result, a single-crystal silicon thin film 34 as a semiconductor layer can be formed on the single-crystal silicon substrate 30 with the buried oxide film 34 interposed therebetween.

【0139】なお、この剥離後の状態では、単結晶シリ
コン薄膜34の上に、酸化膜41および単結晶シリコン
基板40の一部が残っている。そして、最終的に素子形
成をして利用する部分は、単結晶シリコン薄膜34の部
分であり、そこは剥離面とは関係なく形成されているの
で、いま剥離された面を研磨するなどの平滑化の処理を
行う必要がない。
In this state after the separation, oxide film 41 and a part of single crystal silicon substrate 40 remain on single crystal silicon thin film 34. The part to be finally used for element formation is the part of the single-crystal silicon thin film 34, which is formed irrespective of the peeled surface. There is no need to perform the conversion process.

【0140】いっぽう、剥離された単結晶シリコン基板
40は、表層部のみが剥離により分離されただけで、大
部分がそのまま基板の状態で剥離されているので、例え
ば剥離面部分を研磨により仕上げれば、同じ用途あるい
は他の用途に再利用することができ、コストの低減を図
ることができる。
On the other hand, the peeled single-crystal silicon substrate 40 is separated only by the peeling of the surface layer, and is largely peeled off as it is in the substrate state. If it can be reused for the same purpose or another purpose, cost can be reduced.

【0141】(8)埋め込み酸化膜除去工程V6 次に、剥離面に残存している単結晶シリコン基板40の
薄膜と酸化膜41を除去することにより、膜厚均一性の
高い半導体層34を設けた状態に形成する。まず、単結
晶シリコン基板40の薄膜の除去については、酸化膜4
1をストッパとしてTMAH処理もしくはKOHなどの
アルカリ溶液による処理、または硝酸とフッ酸との混合
液によりエッチング処理を行って除去する(同図(g)
参照)。なお、単結晶シリコン基板40の薄膜の除去に
ついては、同様にして酸化膜41をストッパとして機械
的化学的研磨法により除去することも可能である。
(8) Buried oxide film removing step V6 Next, the thin film of the single-crystal silicon substrate 40 and the oxide film 41 remaining on the peeled surface are removed to provide the semiconductor layer 34 with high uniformity in film thickness. It is formed in a state where First, regarding the removal of the thin film of the single crystal silicon substrate 40, the oxide film 4 is removed.
1 is used as a stopper to remove by performing a TMAH treatment or a treatment with an alkaline solution such as KOH, or an etching treatment with a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid (FIG. 3G)
reference). The removal of the thin film of the single crystal silicon substrate 40 can be similarly performed by a mechanical and chemical polishing method using the oxide film 41 as a stopper.

【0142】この後、露出している酸化膜41をフッ酸
水溶液などによりエッチングして除去する(同図(h)
参照)。これにより、半導体層としての単結晶シリコン
薄膜34部分を表面に残した状態に形成することができ
る。また、この単結晶シリコン薄膜34は、剥離工程を
経た後は、直接外部から作用することなく所定の厚さ寸
法に形成することができ、しかも膜厚の精度を高めたも
のとして得ることができる。そして、これによって、ダ
イヤフラム35および圧力基準室33が形成されること
になる。
Thereafter, the exposed oxide film 41 is removed by etching with a hydrofluoric acid aqueous solution or the like (FIG. 11H).
reference). As a result, the single-crystal silicon thin film 34 as a semiconductor layer can be formed while being left on the surface. After the peeling step, the single-crystal silicon thin film 34 can be formed to have a predetermined thickness without directly acting from the outside, and can be obtained as a film having improved film thickness accuracy. . As a result, the diaphragm 35 and the pressure reference chamber 33 are formed.

【0143】(9)素子形成工程P5 さて、上述の状態では、単結晶シリコン薄膜34は、第
2の基板である単結晶シリコン基板30の上に絶縁膜4
1を介した状態で形成されているので、基板構造として
はSOI(Silicon On Insulator)構造となっている。
この単結晶シリコン薄膜34に、圧力検出用のピエゾ抵
抗効果を有する抵抗体を形成すると共に、信号処理用の
回路を構成するMOSトランジスタなどの種々の素子を
形成する。抵抗体は、配線パターンによりブリッジ回路
が構成されるように配線され、その入出力端子間は信号
処理回路と接続するように配線される。
(9) Element Forming Step P5 In the above-described state, the single-crystal silicon thin film 34 is formed on the single-crystal silicon substrate 30 as the second substrate by the insulating film 4.
1, the substrate structure is an SOI (Silicon On Insulator) structure.
On the single crystal silicon thin film 34, a resistor having a piezoresistive effect for pressure detection is formed, and various elements such as MOS transistors forming a circuit for signal processing are formed. The resistor is wired so that a bridge circuit is formed by the wiring pattern, and the input and output terminals are wired so as to be connected to the signal processing circuit.

【0144】(10)減圧封止工程P6 次に、前記貼り合わせ工程P3において、真空雰囲気中
で接合を行なわないタイプのものを製造する場合には、
圧力基準室33内を真空または所定の圧力まで減圧する
必要があるため、以下に説明する減圧封止工程P6を実
施する。すなわち、溝部と単結晶シリコン膜34とによ
り形成されている減圧用連通孔の圧力基準室33と反対
側の端部に単結晶シリコン薄膜34に開口部を形成す
る。この場合、開口部は、単結晶シリコン薄膜34の表
面側からエッチング処理などにより形成する。
(10) Reduced pressure sealing step P6 Next, in the bonding step P3, when manufacturing a type in which bonding is not performed in a vacuum atmosphere,
Since it is necessary to reduce the pressure in the pressure reference chamber 33 to a vacuum or a predetermined pressure, a reduced pressure sealing step P6 described below is performed. That is, an opening is formed in the single-crystal silicon thin film 34 at the end of the pressure-reducing communication hole formed by the groove and the single-crystal silicon film 34 opposite to the pressure reference chamber 33. In this case, the opening is formed by etching or the like from the surface side of the single-crystal silicon thin film 34.

【0145】この後、CVD装置などにより、上記のよ
うに形成した単結晶シリコン薄膜34の表面に絶縁保護
膜を形成して開口部を同時に減圧封止する。これは、た
とえばCVD装置内に載置した状態で減圧して真空雰囲
気中にさらして圧力基準室33内を減圧用連通孔を介し
て減圧する。内部が真空になった状態で、窒化シリコン
膜あるいは酸化シリコン膜などの絶縁保護膜を表面全面
に堆積させることにより形成し、これによって開口部内
を同時に封止する。この後、フォトリソグラフィ処理に
よってダイヤフラム35部分の保護膜を剥離してセンサ
チップを形成する。
Thereafter, an insulating protective film is formed on the surface of the single-crystal silicon thin film 34 formed as described above using a CVD apparatus or the like, and the openings are simultaneously sealed under reduced pressure. For example, the pressure in the pressure reference chamber 33 is reduced through a pressure reducing communication hole by exposing the pressure reference chamber 33 to a vacuum atmosphere while being placed in a CVD apparatus. In a state where the inside is in a vacuum, an insulating protective film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed by depositing on the entire surface, thereby simultaneously sealing the inside of the opening. Thereafter, the protective film on the diaphragm 35 is removed by photolithography to form a sensor chip.

【0146】このような第12の実施形態によれば、第
1の実施形態の効果に加えて、第1の基板として絶縁膜
分離基板36を用いて支持基板薄片化工程V5では、半
導体層としての単結晶シリコン薄膜34の上に酸化膜4
1を残した状態で剥離を行い、その酸化膜41を後工程
で除去するので、単結晶シリコン薄膜34の膜厚などを
精度良く形成することができる。
According to the twelfth embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, in the support substrate thinning step V5 using the insulating film separation substrate 36 as the first substrate, the semiconductor layer is Oxide film 4 on single crystal silicon thin film 34
Since the peeling is performed in a state where 1 is left, and the oxide film 41 is removed in a later step, the thickness and the like of the single-crystal silicon thin film 34 can be accurately formed.

【0147】また、酸化膜分離基板36は、内部にイオ
ン注入層38を形成してこれを剥離工程V3にて剥離す
ることにより半導体層34となるべき部分を形成するよ
うにしているので、剥離された基板を再利用することが
でき、コスト低減を図ることができる。
In the oxide film separation substrate 36, a portion to be the semiconductor layer 34 is formed by forming an ion implantation layer 38 therein and peeling it in a peeling step V3. The used substrate can be reused, and the cost can be reduced.

【0148】さらに、この実施形態では、圧力基準室3
3を、貼り合わせ工程P3で貼り合わせる際に、真空中
で行うことで、同時に内部を真空状態として封止するの
で、後工程での減圧封止工程P6を採用しない製造方法
を用いることもでき、工程の簡略化を図ることもでき
る。
Further, in this embodiment, the pressure reference chamber 3
3 is bonded in the bonding step P3 in a vacuum to simultaneously seal the inside in a vacuum state, so that a manufacturing method that does not employ the reduced-pressure sealing step P6 in the subsequent step can also be used. In addition, the process can be simplified.

【0149】そして、この実施形態では、貼り合わせ工
程V2,P3では、親水化処理に代えて疎水化処理でも
行うことができるので、貼り合わせ時に凹部32の内部
などに残存しやすい水分を極力除去して貼り合わせ後の
ダイヤフラム35の破損を防止することができる。
In this embodiment, in the bonding steps V2 and P3, a hydrophobizing treatment can be performed instead of the hydrophilicizing treatment. Thus, it is possible to prevent the diaphragm 35 from being damaged after the bonding.

【0150】なお、上記実施形態においても、凹部32
を形成する第2の基板としての単結晶シリコン基板30
を、あらかじめ絶縁膜分離基板を採用することにより、
絶縁膜分離基板上にダイヤフラム35および圧力基準室
33を形成することができる。この結果、圧力センサ制
御回路を圧力基準室周囲に形成する際に、絶縁膜分離領
域に形成することが可能となり、素子分離構造の形成が
容易になると共に、耐圧などの電気的特性の向上を図る
ことができるようになる。
In the above embodiment, the recess 32
Single crystal silicon substrate 30 as a second substrate for forming
By adopting an insulating film separation substrate in advance,
The diaphragm 35 and the pressure reference chamber 33 can be formed on the insulating film separation substrate. As a result, when the pressure sensor control circuit is formed around the pressure reference chamber, it can be formed in the insulating film isolation region, which facilitates the formation of the element isolation structure and improves the electrical characteristics such as withstand voltage. You can plan.

【0151】(第13の実施形態)図36は、本発明の
第13の実施形態を示すもので、第12の実施形態と異
なるところは、圧力センサ用半導体基板43として形成
する際の、第2の基板を絶縁分離基板44を用いるよう
にしたところである。
(Thirteenth Embodiment) FIG. 36 shows a thirteenth embodiment of the present invention. The difference from the twelfth embodiment is that the thirteenth embodiment differs from the twelfth embodiment in forming the semiconductor substrate 43 for a pressure sensor. The second substrate uses an insulating separation substrate 44.

【0152】すなわち、同図(a)には、圧力センサ用
半導体基板43の概略的な断面図を示しており、第2の
基板30に代えて単結晶シリコン基板40上に、シリコ
ン酸化膜などの絶縁膜45を介した状態で半導体層とし
ての単結晶シリコン薄膜46を設けた構成である。つま
り、絶縁膜分離基板44を採用した構成とすることによ
り、圧力基準室33およびその周辺の回路形成領域が単
結晶シリコン基板40とは絶縁膜分離された状態で設け
られた単結晶シリコン薄膜46部分に形成されているこ
とになる。
That is, FIG. 17A is a schematic sectional view of a semiconductor substrate 43 for a pressure sensor. A silicon oxide film or the like is formed on a single crystal silicon substrate 40 instead of the second substrate 30. A single crystal silicon thin film 46 as a semiconductor layer is provided with the insulating film 45 interposed therebetween. In other words, by adopting the configuration employing the insulating film separation substrate 44, the single crystal silicon thin film 46 in which the pressure reference chamber 33 and the circuit formation area around the pressure reference chamber 33 are provided in a state where the single crystal silicon substrate 40 is separated from the single crystal silicon substrate It is formed in the part.

【0153】これによって、圧力センサ制御回路を圧力
基準室周囲に形成する際に、絶縁膜分離領域に形成する
ことが可能となり、素子分離構造の形成が容易になると
共に、耐圧などの電気的特性の向上を図ることができる
ようになる。ここで、同図(a)に示す構成の圧力セン
サ用半導体基板43では、圧力基準室33の底面部が単
結晶シリコン薄膜46中に形成された状態のものを示し
ており、素子形成領域を形成するのに必要な単結晶シリ
コン薄膜46の膜厚に対して圧力基準室33の凹部32
の深さ寸法が浅い場合である。
Thus, when the pressure sensor control circuit is formed around the pressure reference chamber, it can be formed in the insulating film isolation region, thereby facilitating the formation of the element isolation structure and the electrical characteristics such as the withstand voltage. Can be improved. Here, the semiconductor substrate 43 for a pressure sensor having the configuration shown in FIG. 3A shows a state in which the bottom portion of the pressure reference chamber 33 is formed in the single-crystal silicon thin film 46, and the element formation region is The thickness of the single crystal silicon thin film 46 necessary for forming
Is a shallow depth dimension.

【0154】一方、同図(b)に示している圧力センサ
用半導体基板47は、基本的な構成は圧力センサ用半導
体基板43と同じで、圧力基準室33の深さ寸法が単結
晶シリコン薄膜46の膜厚と同じに設定され、圧力基準
室33の底面は絶縁膜45の上面となるように設定され
ているところが異なるものである。なお、これら圧力セ
ンサ用半導体基板43,47は、それぞれ必要に応じて
形成する圧力センサや回路素子の形成条件に適合するも
のを採用することができる。
On the other hand, the pressure sensor semiconductor substrate 47 shown in FIG. 17B has the same basic structure as the pressure sensor semiconductor substrate 43, and the depth dimension of the pressure reference chamber 33 is a single crystal silicon thin film. The thickness of the pressure reference chamber 33 is set to be the same as the thickness of the insulating film 45 and the bottom of the pressure reference chamber 33 is set to be the same as that of the insulating film 45. Note that the pressure sensor semiconductor substrates 43 and 47 may be ones that conform to the conditions for forming pressure sensors and circuit elements formed as needed.

【0155】本発明は、上記実施形態にのみ限定される
ものではなく、次のように変形また拡張できる。絶縁保
護膜9に代えて、開口部8aを封止するための材料とし
て、多結晶シリコンを形成するようにしても良い。圧力
基準室7内は、真空状態にする場合の他に、所定圧力レ
ベルとなるように減圧した状態に形成しても良い。ダイ
ヤフラム6の膜厚,圧力基準室7の寸法あるいは減圧用
連通孔8の寸法についても、測定しようとする圧力範囲
に応じて適宜の寸法に設定することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified or expanded as follows. Instead of the insulating protective film 9, polycrystalline silicon may be formed as a material for sealing the opening 8a. The inside of the pressure reference chamber 7 may be formed in a state where the pressure is reduced to a predetermined pressure level in addition to the case where the pressure is set in a vacuum state. The film thickness of the diaphragm 6, the size of the pressure reference chamber 7, or the size of the communication hole 8 for pressure reduction can also be set to appropriate dimensions according to the pressure range to be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を示す概略的な工程説
明図
FIG. 1 is a schematic process explanatory view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】イオン注入層形成工程後の第1の基板の模式的
断面図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a first substrate after an ion implantation layer forming step.

【図3】凹部形成工程後の第2の基板の模式的断面図お
よび上面図
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view and a top view of a second substrate after a concave portion forming step.

【図4】貼り合わせ工程以降の各工程における模式的断
面図
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in each step after a bonding step.

【図5】貼り合わせ状態で示す基板の方向と凹部の開口
部の形状の関係を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a direction of a substrate shown in a bonded state and a shape of an opening of a concave portion.

【図6】面方位(100)のシリコン基板とその劈開方
向および推奨される貼り合わせの方向を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a silicon substrate having a plane orientation of (100), its cleavage direction, and a recommended bonding direction.

【図7】本発明の第2の実施形態を示す図3相当図FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 3, showing a second embodiment of the present invention;

【図8】本発明の第3の実施形態を示す図1相当図FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 1, showing a third embodiment of the present invention.

【図9】剥離工程以降の各工程における模式的断面図FIG. 9 is a schematic cross-sectional view in each step after the peeling step.

【図10】半導体層除去工程後の模式的断面図および上
面図
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view and a top view after a semiconductor layer removing step.

【図11】本発明の第4の実施形態を示す図1相当図FIG. 11 is a view corresponding to FIG. 1, showing a fourth embodiment of the present invention;

【図12】図3相当図FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 3;

【図13】図4相当図FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 4;

【図14】本発明の第5の実施形態を示す図1相当図FIG. 14 is a view corresponding to FIG. 1, showing a fifth embodiment of the present invention;

【図15】図7相当図FIG. 15 is a diagram corresponding to FIG. 7;

【図16】本発明の第6の実施形態を示す図1相当図FIG. 16 is a view corresponding to FIG. 1, showing a sixth embodiment of the present invention;

【図17】各工程における模式的断面図(その1)FIG. 17 is a schematic cross-sectional view in each step (part 1).

【図18】各工程における模式的断面図(その2)FIG. 18 is a schematic sectional view of each step (part 2).

【図19】各工程における模式的断面図(その3)FIG. 19 is a schematic cross-sectional view in each step (part 3).

【図20】凹部に形成する支柱の配置状態を示す上面図FIG. 20 is a top view showing the arrangement of pillars formed in a concave portion;

【図21】本発明の第7の実施形態を示す図1相当図FIG. 21 is a view corresponding to FIG. 1, showing a seventh embodiment of the present invention;

【図22】図7相当図FIG. 22 is a diagram corresponding to FIG. 7;

【図23】本発明の第8の実施形態を示す図1相当図FIG. 23 is a view corresponding to FIG. 1, showing an eighth embodiment of the present invention;

【図24】各工程における模式的断面図(その1)FIG. 24 is a schematic cross-sectional view in each step (part 1).

【図25】各工程における模式的断面図(その2)FIG. 25 is a schematic sectional view of each step (part 2).

【図26】各工程における模式的断面図(その3)FIG. 26 is a schematic sectional view in each step (part 3).

【図27】本発明の第9の実施形態を示す図1相当図FIG. 27 is a view corresponding to FIG. 1, showing a ninth embodiment of the present invention;

【図28】非晶質膜形成工程U1を説明する模式的断面
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view illustrating an amorphous film forming step U1.

【図29】本発明の第10の実施形態を示す図26相当
FIG. 29 is a view corresponding to FIG. 26, showing a tenth embodiment of the present invention;

【図30】本発明の第11の実施形態を示す各工程にお
ける模式的断面図(その1)
FIG. 30 is a schematic cross-sectional view in each step showing the eleventh embodiment of the present invention (part 1).

【図31】各工程における模式的断面図(その2)FIG. 31 is a schematic sectional view of each step (part 2).

【図32】本発明の第12の実施形態を示す図1相当図
(その1)
FIG. 32 is a view (part 1) corresponding to FIG. 1 showing a twelfth embodiment of the present invention;

【図33】図1相当図(その2)FIG. 33 is a diagram corresponding to FIG. 1 (part 2);

【図34】各工程における模式的断面図(その1)FIG. 34 is a schematic sectional view of each step (part 1).

【図35】各工程における模式的断面図(その2)FIG. 35 is a schematic cross-sectional view of each step (part 2).

【図36】本発明の第13の実施形態を示す模式的断面
FIG. 36 is a schematic sectional view showing a thirteenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,14,16,18,19,21,22,26はセン
サチップ(圧力センサ用半導体基板)、2は単結晶シリ
コン基板(第2の基板)、2aは圧力基準室用凹部、2
bは減圧用連通孔用溝部、2cは凹部、3は酸化膜、4
は単結晶シリコン基板(第1の基板)、5は単結晶シリ
コン膜(半導体層)、6はダイヤフラム、7は圧力基準
室、8は減圧用連通孔、8aは開口部、9は絶縁保護
膜、10は抵抗体、11はMOS回路素子、12はイオ
ン注入層、13はバイポーラ回路素子、15は第2の基
板の表面、17は酸化膜、20はシリコン支柱部、20
aは酸化シリコン支柱部、23は窒化シリコン膜(窒化
膜)、24はアモルファス層(非晶質膜)、25はアモ
ルファスシリコン膜(非晶質膜)、27は開口部、29
は圧力センサ用半導体基板、30は第2の基板、31は
シリコン酸化膜、32は凹部、33は圧力基準室、34
は単結晶シリコン薄膜(半導体層)、35はダイヤフラ
ム、36は絶縁膜分離基板、37は単結晶シリコン基板
(第3の基板)、38はイオン注入層、40は単結晶シ
リコン基板(第4の基板)、42はイオン注入層、4
3,47は圧力センサ用半導体基板、44は絶縁膜分離
基板、45は絶縁膜、46は単結晶シリコン薄膜(半導
体層)である。
1, 14, 16, 18, 19, 21, 22, 26 are sensor chips (semiconductor substrates for pressure sensors), 2 is a single-crystal silicon substrate (second substrate), 2a is a recess for a pressure reference chamber, 2
b is a groove for a communication hole for pressure reduction, 2c is a recess, 3 is an oxide film, 4
Is a single crystal silicon substrate (first substrate), 5 is a single crystal silicon film (semiconductor layer), 6 is a diaphragm, 7 is a pressure reference chamber, 8 is a communication hole for pressure reduction, 8a is an opening, and 9 is an insulating protective film. Reference numeral 10, a resistor, 11 a MOS circuit element, 12 an ion implantation layer, 13 a bipolar circuit element, 15 a surface of the second substrate, 17 an oxide film, 20 a silicon support, 20
a is a silicon oxide support, 23 is a silicon nitride film (nitride film), 24 is an amorphous layer (amorphous film), 25 is an amorphous silicon film (amorphous film), 27 is an opening, 29
Is a semiconductor substrate for a pressure sensor, 30 is a second substrate, 31 is a silicon oxide film, 32 is a concave portion, 33 is a pressure reference chamber, 34
Is a single crystal silicon thin film (semiconductor layer), 35 is a diaphragm, 36 is an insulating film separation substrate, 37 is a single crystal silicon substrate (third substrate), 38 is an ion implantation layer, 40 is a single crystal silicon substrate (fourth 42) ion-implanted layer, 4
Reference numerals 3 and 47 are semiconductor substrates for pressure sensors, 44 is an insulating film separation substrate, 45 is an insulating film, and 46 is a single crystal silicon thin film (semiconductor layer).

Claims (34)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ダイヤフラム(6)に受ける圧力を圧力
基準室(7)との圧力差により生ずる応力に基づいて電
気的に検出するようにした圧力センサに用いる半導体基
板(1,14,16,18,19,21,22,26)
の製造方法において、 前記ダイヤフラム(6)を形成するための半導体製の第
1の基板(4)の所定深さに剥離用のイオン注入層(1
2)を形成するイオン注入層形成工程(P1)と、 前記圧力基準室(7)を形成するために第2の基板
(2)に圧力基準室(7)用の凹部(2a,2c)を設
ける凹部形成工程(P2)と、 前記第1および第2の基板(4,2)を貼り合わせる貼
り合わせ工程(P3)と、 貼り合わせた前記第1の基板(4)を前記イオン注入層
(12)部分で剥離して前記第2の基板(2)の表面に
半導体層(5)を形成することにより、前記ダイヤフラ
ム(6)および圧力基準室(7)を形成する剥離工程
(P4)とを含んでなることを特徴とする圧力センサ用
半導体基板の製造方法。
1. A semiconductor substrate (1, 14, 16, 16) for use in a pressure sensor which electrically detects a pressure applied to a diaphragm (6) based on a stress generated by a pressure difference from a pressure reference chamber (7). 18, 19, 21, 22, 26)
In the manufacturing method, the ion implantation layer (1) for peeling is formed at a predetermined depth of a first semiconductor substrate (4) for forming the diaphragm (6).
Forming an ion-implanted layer (P1) for forming 2); and forming recesses (2a, 2c) for the pressure reference chamber (7) in the second substrate (2) to form the pressure reference chamber (7). Providing a concave portion forming step (P2), a bonding step (P3) for bonding the first and second substrates (4, 2); and bonding the bonded first substrate (4) to the ion-implanted layer ( A peeling step (P4) of forming the diaphragm (6) and the pressure reference chamber (7) by forming a semiconductor layer (5) on the surface of the second substrate (2) by peeling at a portion 12); A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の圧力センサ用半導体基
板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記第2の基板
(2)の表面をエッチング処理することにより前記凹部
(2a)を形成することを特徴とする圧力センサ用半導
体基板の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein in the recess forming step (P2), a surface of the second substrate (2) is subjected to an etching treatment to thereby form the recess ( A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising forming 2a).
【請求項3】 請求項1または2に記載の圧力センサ用
半導体基板の製造方法において、 前記貼り合わせ工程(P3)においては、前記第2の基
板(2)の表面に酸化膜(3)を設けた状態で前記第1
の基板(4)と貼り合わせを行なうことを特徴とする圧
力センサ用半導体基板の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein in the bonding step (P3), an oxide film (3) is formed on a surface of the second substrate (2). In the state provided, the first
A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising bonding the substrate to the substrate (4).
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の圧
力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記圧力基準室
(7)用の凹部(2a)内底面にその深さ寸法と同じ長
さで選択エッチング処理が可能な支柱部(20,20
a)を形成する工程を含むことを特徴とする圧力センサ
用半導体基板の製造方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein in the recess forming step (P2), a recess (2a) for the pressure reference chamber (7) is provided. A pillar portion (20, 20) having a length equal to its depth dimension and capable of selective etching is provided on the bottom surface.
A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising the step of forming a).
【請求項5】 請求項4に記載の圧力センサ用半導体基
板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記凹部(2
a)内底面に形成する支柱部(20,20a)を複数本
の支柱により構成したことを特徴とする圧力センサ用半
導体基板の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 4, wherein in the recess forming step (P2), the recess (2) is formed.
a) A method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein a column portion (20, 20a) formed on an inner bottom surface is constituted by a plurality of columns.
【請求項6】 請求項4または5に記載の圧力センサ用
半導体基板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記第2の基板
(2)に凹部(2a)を形成するエッチング処理時に支
柱部(20)を形成するパターンを設けることにより前
記支柱部(20)を形成すると共に、この後、熱酸化工
程(S1)を行なうことにより前記支柱部(20)を酸
化物(20a)にして選択エッチング処理を可能とする
ことを特徴とする圧力センサ用半導体基板の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 4, wherein in the recess forming step (P2), a recess (2a) is formed in the second substrate (2). The pillar portion (20) is formed by providing a pattern for forming the pillar portion (20) at the time of processing, and thereafter, the pillar portion (20) is converted to an oxide (20a) by performing a thermal oxidation step (S1). A) a method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein a selective etching process is enabled.
【請求項7】 請求項4ないし6のいずれかに記載の圧
力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記剥離工程(P4)の後に、前記支柱部(20a)を
選択エッチング処理により除去する支柱エッチング工程
(S2)を設けたことを特徴とする圧力センサ用半導体
基板の製造方法。
7. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 4, wherein the pillar portion (20a) is removed by a selective etching process after the peeling step (P4). A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising a step (S2).
【請求項8】 請求項1に記載の圧力センサ用半導体基
板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)に先だって、前記第2の基板
(2)の表面に酸化膜(17)を形成する酸化膜形成工
程(R1)を設け、 前記凹部形成工程(P2)においては、この酸化膜(1
7)に開口部を形成することにより前記凹部(2c)を
形成することを特徴とする圧力センサ用半導体基板の製
造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein an oxide film (17) is formed on a surface of the second substrate (2) prior to the recess forming step (P2). An oxide film forming step (R1) is provided. In the concave portion forming step (P2), the oxide film (1) is formed.
7) A method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein the recess (2c) is formed by forming an opening in the opening.
【請求項9】 請求項1ないし8のいずれかに記載の圧
力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記剥離工程(P4)の後に、前記第2の基板(2)の
表面に形成された半導体層(5)のうちの前記ダイヤフ
ラム(6)部分以外の所定領域の半導体層(5)を除去
することにより前記第2の基板(2)の表面(15)に
素子形成用の領域を露出させる状態に形成する半導体層
除去工程(Q1)を設けたことを特徴とする圧力センサ
用半導体基板の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein the semiconductor formed on the surface of the second substrate after the peeling step (P4). By removing the semiconductor layer (5) in a predetermined area of the layer (5) other than the diaphragm (6), an area for element formation is exposed on the surface (15) of the second substrate (2). A method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising a step (Q1) of removing a semiconductor layer formed in a state.
【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかに記載の
圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記圧力基準室
(7)用の凹部(2a)が外部と連通する減圧用連通部
(2b)を形成する工程を含んでなり、 前記剥離工程(P4)の後に、前記減圧用連通部(2
b)により形成される減圧用連通孔(8)を介して前記
圧力基準室(7)内を減圧して封止する減圧封止工程
(P6)を設けたことを特徴とする圧力センサ用半導体
基板の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein in the recess forming step (P2), the recess (2a) for the pressure reference chamber (7) is formed. Forming a pressure-reducing communication portion (2b) communicating with the outside, and after the peeling step (P4), forming the pressure-reducing communication portion (2b).
b) a pressure-reducing sealing step (P6) for reducing the pressure inside the pressure reference chamber (7) through a pressure-reducing communication hole (8) and sealing the pressure reference chamber (7). Substrate manufacturing method.
【請求項11】 請求項10に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記減圧用連通
部(2b)を前記第2の基板(2)の表面部に沿った溝
部(2b)として形成し、前記剥離工程(P4)の後に
形成される前記半導体層(5)により表面部を覆うこと
で前記減圧用連通孔(8)を形成することを特徴とする
圧力センサ用半導体基板の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 10, wherein, in the recess forming step (P2), the pressure-reducing communication portion (2b) is formed on a surface of the second substrate (2). The pressure reducing communication hole (8) is formed by forming a groove portion (2b) along the portion and covering a surface portion with the semiconductor layer (5) formed after the peeling step (P4). Of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor.
【請求項12】 請求項10または11に記載の圧力セ
ンサ用半導体基板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記減圧用連通
部(2b)を前記凹部(2a)の深さ寸法と同じ深さ寸
法に形成した凹部(2c)とすることを特徴とする圧力
センサ用半導体基板の製造方法。
12. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 10, wherein in the recess forming step (P2), the pressure-reducing communication part (2b) is formed to have a depth equal to the depth of the recess (2a). A method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising a concave portion (2c) formed to have the same depth dimension as the dimension.
【請求項13】 請求項10に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記減圧用連通
孔(8)を前記第2の基板(2)の背面部に連通する開
口部(27)として形成することを特徴とする圧力セン
サ用半導体基板の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 10, wherein, in the recess forming step (P2), the pressure-reducing communication hole (8) is formed on the back surface of the second substrate (2). A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising forming an opening (27) communicating with a portion.
【請求項14】 請求項10ないし13のいずれかに記
載の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記減圧封止工程(P6)においては、CVD法により
減圧雰囲気中で前記減圧用連通孔(8)の開口部(8
a)を封止するように膜(9)を形成することを特徴と
する圧力センサ用半導体基板の製造方法。
14. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 10, wherein in the pressure reduction sealing step (P6), the pressure reduction communication hole (CVD) is formed in a reduced pressure atmosphere by a CVD method. 8) Opening (8)
A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising forming a film (9) so as to seal a).
【請求項15】 請求項1ないし14のいずれかに記載
の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記第1の基板(4)は、前記半導体層(5)となるべ
き部分に非晶質層もしくは多結晶層等の非単結晶層(2
4,25)が含まれるように形成されていることを特徴
とする圧力センサ用半導体基板の製造方法。
15. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein the first substrate (4) has an amorphous portion in a portion to be the semiconductor layer (5). Layer or non-single-crystal layer such as polycrystalline layer (2
4. A method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, the method comprising: forming a semiconductor substrate for a pressure sensor.
【請求項16】 請求項15に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記非単結晶層(24,25)は、構成する元素が前記
第1の基板(4)の構成元素と同種のものを含んでなる
ことを特徴とする圧力センサ用半導体基板の製造方法。
16. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 15, wherein the non-single-crystal layers (24, 25) are composed of the same kind of elements as those of the first substrate (4). A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising:
【請求項17】 請求項16に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記第1の基板(4)は、シリコン製の基板を用い、 前記非単結晶層(24,25)は、シリコンの非晶質膜
もしくは多結晶膜として形成されることを特徴とする圧
力センサ用半導体基板の製造方法。
17. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 16, wherein the first substrate (4) uses a silicon substrate, and the non-single-crystal layers (24, 25) A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein the method is formed as a silicon amorphous film or a polycrystalline film.
【請求項18】 請求項17に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記シリコンの非晶質膜は、アモルファスシリコン膜,
酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜のいずれかを用
いて形成されていることを特徴とする圧力センサ用半導
体基板の製造方法。
18. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 17, wherein the amorphous silicon film is an amorphous silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein the method is formed using either a silicon oxide film or a silicon nitride film.
【請求項19】 請求項15ないし18のいずれかに記
載の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記非単結晶層(24,25)は、前記第1の基板
(4)の表面に堆積法を用いて設けられることを特徴と
する圧力センサ用半導体基板の製造方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 15, wherein said non-single-crystal layer (24, 25) is deposited on a surface of said first substrate (4). A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein the method is provided by using a method.
【請求項20】 請求項15ないし18のいずれかに記
載の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記非単結晶層(24,25)は、前記第1の基板
(4)に対してイオン注入法により形成することを特徴
とすることを特徴とする圧力センサ用半導体基板の製造
方法。
20. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 15, wherein said non-single-crystal layer (24, 25) is ionized with respect to said first substrate (4). A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, characterized by being formed by an injection method.
【請求項21】 請求項16ないし20のいずれかに記
載の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記非単結晶層(24,25)が前記第1の基板(4)
と同種の元素から構成される場合に、前記剥離工程(P
4)の後に熱処理を行なうことにより、その非単結晶層
(24,25)を再結晶化させて前記半導体層(5)を
単結晶の層として形成することを特徴とする圧力センサ
用半導体基板の製造方法。
21. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 16, wherein said non-single-crystal layer (24, 25) is formed on said first substrate (4).
In the case of being composed of the same kind of element as above, the peeling step (P
A semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein the non-single-crystal layers (24, 25) are recrystallized by performing a heat treatment after 4) to form the semiconductor layer (5) as a single-crystal layer. Manufacturing method.
【請求項22】 請求項1ないし21のいずれかに記載
の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記第1の基板(4)は、含有酸素濃度が1×1018
atoms/cm以上の半導体基板を用いることを特徴とする
圧力センサ用半導体基板の製造方法。
22. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein the first substrate has an oxygen concentration of 1 × 10 18.
A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising using a semiconductor substrate of atoms / cm 3 or more.
【請求項23】 請求項1ないし22のいずれかに記載
の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記貼り合わせ工程(P3)では、前記第2の基板
(2)上に形成した前記圧力基準室(7)用の凹部(2
a)の開口部の辺の方向と前記第1の基板(4)の劈開
方向とが交差する関係となる方向に調整して、前記第2
の基板(2)と前記第1の基板(4)とを貼り合わせる
ことを特徴とする圧力センサ用の半導体基板の製造方
法。
23. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein in the bonding step (P3), the pressure reference formed on the second substrate (2) is used. Recess (2) for chamber (7)
a) the direction of the side of the opening and the direction in which the cleavage direction of the first substrate (4) intersects the second substrate;
A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising bonding the substrate (2) and the first substrate (4).
【請求項24】 請求項23に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記第2の基板(2)上に形成した前記圧力基準室
(7)用の凹部(2a)の開口部の辺の方向と前記第1
の基板(4)の劈開方向とが最も大きい角度をもって交
差する関係となる方向に調整されることを特徴とする圧
力センサ用半導体基板の製造方法。
24. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 23, wherein an opening of the recess (2a) for the pressure reference chamber (7) formed on the second substrate (2). Side direction and the first
Wherein the cleavage direction of the substrate (4) is adjusted so as to intersect at a maximum angle.
【請求項25】 請求項24に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記第1の基板(4)の面方位が(100)であるとき
に、 前記第2の基板(2)上に形成した前記圧力基準室
(7)用の凹部(2a)の開口部の辺の方向と前記第1
の基板(4)の劈開方向である(100)面の方向およ
び(110)面の方向のそれぞれに対して22〜23°
を中心とした角度をもって交差する関係となる方向に調
整されることを特徴とする圧力センサ用半導体基板の製
造方法。
25. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 24, wherein when the plane orientation of the first substrate (4) is (100), on the second substrate (2). The direction of the side of the opening of the recess (2a) for the pressure reference chamber (7) formed in
22 to 23 ° with respect to the direction of the (100) plane and the direction of the (110) plane, which are the cleavage directions of the substrate (4).
A method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein the directions are adjusted so as to intersect with each other at an angle around the center.
【請求項26】 請求項1ないし25のいずれかに記載
の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記貼り合わせ工程(P3)に先立って行なう洗浄工程
において、貼り合わせを行なう前記第1の基板(4)お
よび前記第2の基板(2)のうち少なくとも前記第2の
基板(2)については疎水化処理することにより、その
表面に付着した水分を脱水処理過程において除去するよ
うにしたことを特徴とする圧力センサ用半導体基板の製
造方法。
26. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein the first substrate is bonded in a cleaning step performed prior to the bonding step (P3). (4) At least the second substrate (2) of the second substrate (2) is subjected to a hydrophobizing treatment to remove moisture attached to the surface in a dehydration process. A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor.
【請求項27】 請求項1ないし26のいずれかに記載
の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記貼り合わせ工程(P3)では、前記第1の基板
(4)と前記第2の基板(2)とを減圧雰囲気中で密着
させることにより両者を貼り合わせるようにしたことを
特徴とする圧力センサ用半導体基板の製造方法。
27. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein in the bonding step (P3), the first substrate (4) and the second substrate ( 2. A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, wherein 2) and 2) are adhered to each other by bringing them into close contact in a reduced pressure atmosphere.
【請求項28】 請求項1ないし27のいずれかに記載
の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記第2の基板として、絶縁膜分離基板(44)を用
い、前記圧力基準室(33)はその絶縁膜分離基板(4
4)の半導体層(46)中に形成されることを特徴とす
る圧力センサ用半導体基板の製造方法。
28. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 1, wherein an insulating film separation substrate (44) is used as the second substrate, and the pressure reference chamber (33) is used. Is the insulating film separation substrate (4
4) A method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, which is formed in the semiconductor layer (46).
【請求項29】 ダイヤフラム(35)に受ける圧力を
圧力基準室(33)との圧力差により生ずる応力に基づ
いて電気的に検出するようにした圧力センサに用いる半
導体基板(29,43,47)の製造方法において、前
記圧力基準室(33)を形成するために第2の基板(3
0)に圧力基準室(33)用の凹部(34)を設ける凹
部形成工程(P2)と、 前記ダイヤフラム(35)を形成するための所定膜厚の
半導体層(34)が第1の基板(40)上に絶縁膜(4
1)を介して形成された絶縁膜分離基板(36)と前記
第2の基板(30)とを貼り合わせる貼り合わせ工程
(P3)と、 貼り合わせた前記絶縁膜分離基板(36)を、裏面から
薄片化し前記絶縁膜(41)を露出させた後に、絶縁膜
(41)を除去することにより前記第2の基板(30)
の表面に半導体層(34)を形成して前記ダイヤフラム
(35)および圧力基準室(33)を形成することを特
徴とする圧力センサ用半導体基板の製造方法。
29. A semiconductor substrate (29, 43, 47) for use in a pressure sensor which electrically detects a pressure applied to a diaphragm (35) based on a stress generated by a pressure difference from a pressure reference chamber (33). In the manufacturing method of (1), a second substrate (3) is formed for forming the pressure reference chamber (33).
0), a concave portion forming step (P2) for providing a concave portion (34) for the pressure reference chamber (33), and a semiconductor layer (34) having a predetermined thickness for forming the diaphragm (35) are formed on the first substrate ( 40) on the insulating film (4
A bonding step (P3) of bonding the insulating film separation substrate (36) formed through 1) to the second substrate (30); and bonding the bonded insulating film separation substrate (36) to the back surface. After exposing the insulating film (41) from the thin film and removing the insulating film (41), the second substrate (30) is removed.
Forming a semiconductor layer (34) on the surface of the substrate to form the diaphragm (35) and the pressure reference chamber (33).
【請求項30】 請求項29に記載の圧力センサ用半導
体基板の製造方法において、 前記絶縁膜分離基板(36)は、 第3の基板(37)の一方の面側から所定の深さに剥離
用のイオン注入層(38)を形成するイオン注入層形成
工程(V1)と、 前記第3の基板(37)およびこれとは別途に準備した
第4の基板(40)を絶縁膜(41)を介して貼り合わ
せる工程(V2)と、 貼り合わせた前記第3の基板(37)を前記イオン注入
層(38)で剥離して前記第4の基板(40)上に絶縁
膜(41)を介して半導体層(34)を形成する剥離工
程(V3)と、 剥離した前記半導体層(34)表面を平滑化処理する平
滑化工程とを経て形成されることを特徴とする圧力セン
サ用半導体基板の製造方法。
30. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 29, wherein the insulating film separation substrate (36) is peeled to a predetermined depth from one surface side of a third substrate (37). An ion implantation layer forming step (V1) for forming an ion implantation layer (38) for use in the third substrate (37) and a fourth substrate (40) separately prepared from the third substrate (37). Bonding the third substrate (37) with the ion implantation layer (38) to form an insulating film (41) on the fourth substrate (40). A semiconductor substrate for a pressure sensor, which is formed through a peeling step (V3) of forming a semiconductor layer (34) through a gap and a smoothing step of smoothing a surface of the peeled semiconductor layer (34). Manufacturing method.
【請求項31】 請求項29あるいは30に記載の圧力
センサ用半導体基板の製造方法において、 前記絶縁膜分離基板(36)中の絶縁膜(41)中もし
くは絶縁膜(41)よりも深部に剥離用のイオン注入層
(42)を形成し、前記第2の基板(30)と貼り合わ
せる工程(P3)と、 貼り合わせた前記絶縁膜分離基板(36)を前記イオン
注入層(42)部分で剥離することで前記絶縁膜分離基
板(36)を薄片化し、表面に前記第1の基板(40)
もしくは前記絶縁膜(41)を露出させた後に、前記第
1の基板(40)および前記絶縁膜(41)を除去する
ことにより前記第2の基板(30)表面に半導体層(3
4)を形成し、前記ダイヤフラム(35)および圧力基
準室(33)を形成することを特徴とする圧力センサ用
半導体基板の製造方法。
31. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 29, wherein the insulating film is separated from the insulating film separating substrate (36) or deeper than the insulating film (41). (P3) forming an ion implantation layer (42) for use and bonding the substrate with the second substrate (30); and bonding the bonded insulating film separation substrate (36) to the ion implantation layer (42). By peeling, the insulating film separation substrate (36) is thinned, and the first substrate (40) is formed on the surface.
Alternatively, after exposing the insulating film (41), the first substrate (40) and the insulating film (41) are removed to form a semiconductor layer (3) on the surface of the second substrate (30).
4) A method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor, comprising forming the diaphragm (35) and the pressure reference chamber (33).
【請求項32】 請求項29ないし31のいずれかに記
載の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記凹部形成工程(P2)においては、前記第2の基板
(30)の表面をエッチング処理することにより前記凹
部(32)を形成することを特徴とする圧力センサ用半
導体基板の製造方法。
32. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 29, wherein, in the recess forming step (P2), the surface of the second substrate (30) is etched. Forming the concave portion (32) by the method.
【請求項33】 請求項29ないし32のいずれかに記
載の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記貼り合わせ工程(P3)においては、前記絶縁膜分
離基板(36)と前記第2の基板(30)とを減圧雰囲
気中で密着させることを特徴とする圧力センサ用半導体
基板の製造方法。
33. The method of manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 29, wherein in the bonding step (P3), the insulating film separation substrate (36) and the second substrate are provided. (30) in a reduced-pressure atmosphere, the method comprising the steps of:
【請求項34】 請求項29ないし33のいずれかに記
載の圧力センサ用半導体基板の製造方法において、 前記第2の基板として、絶縁膜分離基板(44)を用い
ることを特徴とする圧力センサ用半導体基板の製造方
法。
34. The method for manufacturing a semiconductor substrate for a pressure sensor according to claim 29, wherein an insulating film separation substrate (44) is used as the second substrate. A method for manufacturing a semiconductor substrate.
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