JPH11220136A - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程を複雑にすることなく、精度よくダ
イヤフラムを薄膜化できるようにする。 【解決手段】 第１のシリコン基板１１に凹部を形成
し、その表面に凹部を埋めるように酸化膜１４を形成し
た後、第２のシリコン基板１５と貼り合わせ、さらに第
１のシリコン基板１１を研磨して、図３（ａ）の状態と
する。この後、図３（ｂ）の工程において、ゲージ抵抗
１６などを形成し、第２のシリコン基板１５の裏面に酸
化膜１９を形成する。次に、図３（ｃ）の工程におい
て、酸化膜１９をパターンニングし、第２のシリコン基
板１５の裏面側から異方性エッチングを行って圧力導入
孔２０を形成する。さらに、図３（ｄ）の工程におい
て、圧力導入孔２０から凹部１３内に埋め込まれた酸化
膜１４をエッチング除去して、凹部１３上の第１のシリ
コン基板１１をダイヤフラム１１ａとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力を検出する半
導体圧力センサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、半導体圧力センサにおいては、半導体基板をエッチ
ング技術等により薄く形成してダイヤフラムを形成し、
そのダイヤフラムが形成された領域にピエゾ抵抗素子を
配置して、圧力を検出するようにしている。このような
半導体圧力センサにおいて、小型化を図る場合、センサ
の感度がダイヤフラム厚の２乗に比例するので、ダイヤ
フラムをできるだけ薄くする必要がある。この場合、半
導体基板の裏面側からエッチングを行って薄膜化するだ
けでは、加工精度上の問題から膜厚制御が難しいという
問題がある。

【０００３】これに対し、特開平４−１８１１３６号公
報に示されるものにおいては、２つの単結晶のシリコン
基板を貼り合わせて、ダイヤフラムを薄膜化したものが
開示されている。具体的には、第１のシリコン基板に凹
部を形成するとともにその表面に酸化膜を形成し、その
後に凹部内に多結晶シリコンを埋設し、この後、第１の
シリコン基板の凹部が形成された面と第２のシリコン基
板の一方の面とを貼り合わせる。そして、第１のシリコ
ン基板を研磨して凹部上を薄膜化し、第１のシリコン基
板の表面から凹部に貫通するエッチング穴を形成して、
凹部内の多結晶シリコンを除去するとともに、凹部内の
酸化膜を除去し、最後にエッチング穴を封止して、凹部
上の第１のシリコン基板をダイヤフラムとする圧力セン
サを構成する。このように、第１のシリコン基板を研磨
して凹部上を薄膜化することによって、ダイヤフラムの
膜厚を精度よく制御することができる。

【０００４】しかしながら、このものでは、凹部内に酸
化膜を形成するとともに多結晶シリコンで埋設し、基板
貼り合わせ後において、凹部内の多結晶シリコンおよび
酸化膜を除去しており、工程が複雑になるという問題が
ある。本発明は上記問題に鑑みたもので、製造工程を複
雑にすることなく、精度よくダイヤフラムを薄膜化でき
るようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、第１の半導体基
板（１１）の一方の面に凹部（１３）を形成し、凹部
（１３）を埋めるように第１の半導体基板（１１）の一
方の面の全面に酸化膜（１４）を形成し、第１の半導体
基板（１１）と第２の半導体基板（１５）を貼り合わ
せ、この後、第１の半導体基板（１１）の他方の面側を
研磨し、第２の半導体基板（１５）の他方の面から凹部
（１３）内の酸化膜（１４）に達する貫通穴（２０）を
形成し、貫通穴（２０）から凹部（１３）内の酸化膜
（１４）を除去するようにしたことを特徴としている。

【０００６】このように第１の半導体基板（１１）と第
２の半導体基板（１５）を貼り合わせた後、第１の半導
体基板（１１）の他方の面側を研磨することによって、
凹部（１３）上の第１の半導体基板（１１）をダイヤフ
ラム（１１ａ）として精度よく薄膜化することができ
る。また、第２の半導体基板（１５）に形成された貫通
穴（２０）を介して凹部（１３）に埋め込まれた酸化膜
（１４）を除去するようにしているから、従来のような
多結晶シリコンの埋設工程および凹部内の酸化膜の形成
およびその除去工程が不要になり、製造工程を簡素化す
ることができる。

【０００７】なお、上記した貫通穴（２０）を形成する
場合、請求項２に記載の発明のように、第２の半導体基
板（１５）の他方の面から異方性エッチングを行って貫
通穴（２０）を形成するようにすれば、酸化膜（１４）
をエッチングストッパとしてエッチングを行うことがで
きる。また、請求項３に記載の発明においては、第１の
半導体基板（１１）の一方の面に凹部（１３）を形成
し、凹部（１３）を埋めるように第１の半導体基板（１
１）の一方の面の全面に酸化膜（１４）を形成し、第１
の半導体基板（１１）と第２の半導体基板（１５）を貼
り合わせ、この後、第１の半導体基板（１１）の他方の
面側を研磨し、第１の半導体基板（１１）の他方の面か
ら第１の半導体基板（１１）と第２の半導体基板（１
５）の間に形成された酸化膜（１４）に達する貫通穴
（２１）を形成し、貫通穴（２１）から凹部（１３）内
の酸化膜（１４）を除去した後、貫通穴（２１）を封止
材（２２）により封止するようにしたことを特徴として
いる。

【０００８】この発明においては、凹部（１３）内を基
準圧力室とした半導体圧力センサを製造することがで
き、この場合、請求項１に記載の発明と同様、精度よく
ダイヤフラム（１１ａ）を薄膜化することができるとと
もに、製造工程を簡素化することができる。なお、上記
した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手
段との対応関係を示すものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に、本発明の一実施形態にかか
る半導体圧力センサの断面構成を示す。この半導体圧力
センサは、単結晶の第１、第２のシリコン基板１１、１
５が酸化膜１４を介して貼り合わされて構成されてい
る。第１のシリコン基板１１には、凹部１３が形成され
ており、第１のシリコン基板１１における凹部１３の上
の領域が薄膜化されてダイヤフラム１１ａとなってい
る。また、第２のシリコン基板１５には、凹部１３に貫
通する圧力導入孔２０が形成されている。

【００１０】また、第１のシリコン基板１１において、
ダイヤフラム１１ａが形成されている領域（以下、ダイ
ヤフラム領域という）には、拡散抵抗によるピエゾ抵抗
素子をなす歪ゲージ１６が形成されている。この歪ゲー
ジ１６は、ダイヤフラム領域に例えば４箇所形成され、
Ａｌ配線１８によってブリッジ回路を構成するように結
線されている。

【００１１】このような構成により、圧力導入孔２０か
ら凹部１３内に圧力が導入されて、ダイヤフラム１１ａ
がその圧力に応じて変位すると、歪ゲージ１６の抵抗値
が変化し、ダイヤフラム１１ａの変位に応じた電気信号
が、歪ゲージ１６により構成されるブリッジ回路から出
力される。この実施形態における半導体圧力センサは、
凹部１３上のダイヤフラム１１ａが、後述する製造方法
に示すように研磨によって薄膜化されているため、感度
が良好でかつ小型のセンサとすることができる。また、
圧力導入孔２０が凹部１３に貫通する貫通穴として形成
されており、圧力導入孔２０の開口部の幅Ｗがダイヤフ
ラム１１ａの幅より小さくなっている。このため、小型
の半導体圧力センサであっても第２のシリコン基板１５
の裏面側の面積を大きくすることができ、第２のシリコ
ン基板１５の裏面側を台座もしくはケースに接合する場
合の接合面積を大きくとることができる。例えば、シリ
コーン系接着剤等の接着剤によりケースに直接接合する
場合には、接着面積を大きくとることができ、その接着
の信頼性を十分確保することができる。

【００１２】次に、上記した半導体圧力センサの製造方
法を、図２に示す工程図を参照して説明する。 〔図２（ａ）の工程〕第１の単結晶シリコン基板１１を
用意し、この第１のシリコン基板１１の一方の面にレジ
スト１２を所定のパターンで形成する。 〔図２（ｂ）の工程〕レジスト１２をマスクとして第１
のシリコン基板１１の一方の面をトレンチ加工し、溝
（凹部）１３を形成する。この凹部１３は、半導体圧力
センサのダイヤフラムとなる領域に形成される。 〔図２（ｃ）の工程〕第１のシリコン基板１１の一方の
面においてＣＶＤ法で全面に酸化膜（ＳｉＯ ₂ ）１４を
堆積させる。この後、酸化膜１４の表面を平坦化する。
この状態において、第１のシリコン基板１１の一方の面
には、凹部１３を埋めるように全面に酸化膜１４が形成
される。 〔図２（ｄ）の工程〕第１のシリコン基板１１の酸化膜
１４が形成された面と、第２の単結晶シリコン基板１５
の一方の面を貼り合わせる。 〔図３（ａ）の工程〕第１のシリコン基板１１の他方の
面側を研磨し、凹部１３の上の第１のシリコン基板１１
の膜厚が所望のダイヤフラム厚になるようにする。具体
的には、１０μｍ以下、好ましくは２μｍ程度にする。 〔図３（ｂ）の工程〕第１のシリコン基板１１の表面に
ゲージ抵抗１６を形成し、絶縁膜（酸化膜）１７を形成
した後、絶縁膜１７にスルーホールを形成する。そし
て、ゲージ抵抗１６を電気接続してブリッジ回路を形成
するためにＡｌ配線１８を形成する。また、図示しない
が、全面に保護膜（パッシベーション膜）を形成する。

【００１３】さらに、第２のシリコン基板１５の裏面に
酸化膜（又は窒化膜）１９を形成する。 〔図３（ｃ）の工程〕第２のシリコン基板１５の裏面に
形成された酸化膜（又は窒化膜）１９を所定のパターン
に形成した後、第２のシリコン基板１５の他方の面から
異方性エッチングを行い、第２のシリコン基板１５を貫
通して凹部１３内の酸化膜１４に達する圧力導入孔２０
を形成する。この場合、異方性エッチング液としては、
ＫＯＨあるいはＴＭＡＨを用い、凹部１３内の酸化膜１
４をエッチングストッパとしてエッチングを行う。

【００１４】また、酸化膜（又は窒化膜）１９の開口部
パターンを適当に設定することによって、圧力導入孔２
０の開口部の幅Ｗをダイヤフラム１１ａの幅より小さく
することができる。なお、第２のシリコン基板１５とし
て面方位が（１００）のものを用いれば、テーパ面が
（１１１）となり、制御性よく圧力導入孔２０を形成す
ることができる。また、第２のシリコン基板１５として
は面方位が（１１０）のものを用いてもよい。 〔図３（ｄ）の工程〕第２のシリコン基板１５の裏面に
形成された酸化膜（又は窒化膜）１９を除去し、この
後、第２のシリコン基板１５の裏面から圧力導入孔２０
を介しＨＦ等のエッチング液を用いたウェットエッチン
グにより、凹部１３内に埋め込まれた酸化膜１４を除去
する。なお、ウェットエッチングの代わりに、ドライエ
ッチングを用いて行うようにしてもよい。

【００１５】このようにして図１に示す半導体圧力セン
サを構成することができる。上記した実施形態において
は、第２のシリコン基板１５に圧力導入孔２０を形成し
てダイヤフラム１１ａの上面と下面にかかる圧力の相対
圧を検出するものを示したが、凹部１３内を基準圧力室
として絶対圧を検出するようにすることもできる。この
場合の半導体圧力センサの製造方法について説明する。

【００１６】図４に、その製造工程を示す。まず、上記
した実施形態における図３（ａ）までの工程によって、
第１、第２のシリコン基板１１、１５を貼り合わせ、第
１のシリコン基板１１を研磨する。この状態を図４
（ａ）に示す。そして、図４（ｂ）の工程において、図
３（ｂ）の工程と同様に、ゲージ抵抗１６、絶縁膜１
７、Ａｌ配線１８などを形成する。但し、上記した実施
形態のような酸化膜（又は窒化膜）１９は形成しない。

【００１７】そして、図４（ｃ）の工程において、第１
のシリコン基板１１の表面からトレンチ等のエッチング
を行い、第１のシリコン基板１１を貫通して酸化膜（第
１のシリコン基板１１と第２のシリコン基板１５の間に
形成された酸化膜）１４に達する貫通穴２１を形成す
る。この場合、ダイフラム領域の周囲の複数箇所に貫通
穴２１を形成する。この後、第１のシリコン基板１１の
表面から貫通穴２１を介しＨＦ等のエッチング液を用い
たウェットエッチングにより、凹部１３内に埋め込まれ
た酸化膜１４を除去する。

【００１８】この後、図４（ｄ）の工程において、貫通
穴２１を封止材２２によって封止して、凹部１３内を基
準圧力室とした半導体圧力センサを構成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体圧力センサ
の断面構成を示す図である。

【図２】図１に示す半導体圧力センサの製造方法を示す
工程図である。

【図３】図２に続く工程図である。

【図４】本発明の他の実施形態にかかる半導体圧力セン
サの製造方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１１…第１のシリコン基板、１１ａ…ダイヤフラム、１
３…凹部、１４…酸化膜、１５…第２のシリコン基板、
１６…歪ゲージ、２０…圧力導入孔、２１…貫通穴、２
２…封止材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の半導体基板（１１）の一方の面に
   凹部（１３）を形成し、 前記第１の半導体基板（１１）の前記一方の面において
   前記凹部（１３）を埋めるように全面に酸化膜（１４）
   を形成し、 前記第１の半導体基板（１１）の前記酸化膜（１４）が
   形成された面と第２の半導体基板（１５）の一方の面を
   貼り合わせ、 この貼り合わせ後、前記第１の半導体基板（１１）の他
   方の面側を研磨し、 前記第２の半導体基板（１５）の他方の面から前記第２
   の半導体基板（１５）を貫通して前記凹部（１３）内の
   酸化膜（１４）に達する貫通穴（２０）を形成し、 前記貫通穴（２０）から前記凹部（１３）内の酸化膜
   （１４）を除去することを特徴とする半導体圧力センサ
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記貫通穴（２０）を形成する工程は、
   前記第２の半導体基板（１５）の他方の面から異方性エ
   ッチングを行って前記凹部（１３）内の酸化膜（１４）
   に達する貫通穴（２０）を形成する工程であることを特
   徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサの製造方
   法。
3. 【請求項３】 第１の半導体基板（１１）の一方の面に
   凹部（１３）を形成し、 前記第１の半導体基板（１１）の前記一方の面において
   前記凹部（１３）を埋めるように全面に酸化膜（１４）
   を形成し、 前記第１の半導体基板（１１）の前記酸化膜（１４）が
   形成された面と第２の半導体基板（１５）の一方の面を
   貼り合わせ、 この貼り合わせ後、前記第１の半導体基板（１１）の他
   方の面側を研磨し、 前記第１の半導体基板（１１）の他方の面から前記第１
   の半導体基板（１１）を貫通して前記第１の半導体基板
   （１１）と前記第２の半導体基板（１５）の間に形成さ
   れた酸化膜（１４）に達する貫通穴（２１）を形成し、 前記貫通穴（２１）から前記凹部（１３）内の酸化膜
   （１４）を除去した後、前記貫通穴（２１）を封止材
   （２２）により封止することを特徴とする半導体圧力セ
   ンサの製造方法。