JPH1168121A - 半導体基板の製造方法および半導体圧力センサならびに半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力基準室に設けるダイヤフラムの厚さを薄
く均一に形成した半導体基板を提供する。 【解決手段】 第１の基板１３の下面側に圧力基準室１
６用の凹部を形成すると共に連通孔１７を形成し、大気
圧中で第２の基板１５に貼り合わせる。第１の基板１３
の上面側を研磨により薄くしてダイヤフラム２０を形成
する。ダイヤフラム２０部分にピエゾ効果を利用する抵
抗体２１などを形成して圧力センサチップ１２を形成す
る。連通孔１７に表面側から封止孔１８を形成し、真空
中で酸化膜１９を形成することで連通孔１７を封止し、
圧力基準室１６内を真空状態に減圧する。最後に減圧す
るので、研磨中にダイヤフラム２０が圧力差で変形する
ことがなく、均一で薄く形成でき、小型化および検出精
度の向上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサなどに
用いる圧力基準室を内部に備えた半導体基板の製造方法
および半導体圧力センサならびに半導体圧力センサの製
造方法に関する。

【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、検出精度の向上を図るために、
内部に残存する気体をできるだけ少なくして温度の変動
による圧力基準室内の基準圧力の変動を低減するように
している。

【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、図１９に示すように、２枚のシリコン基板を用
いて貼り合わせ技術により圧力基準室を形成する方法で
ある。

【０００４】すなわち、まず、同図（ａ）に示すよう
に、第１のシリコン基板１にエッチングなどの方法によ
り圧力基準室用の凹部２を形成し、第２のシリコン基板
３の表面に酸化膜４を形成した状態で、第１のシリコン
基板１の凹部２が第２のシリコン基板３の酸化膜４を形
成した面により閉塞されるように密着させて貼り合わせ
る。このとき、貼り合わせは、真空中にて行なわれる。
これによって、貼り合わせた状態では、凹部２が閉塞さ
れて圧力基準室５として形成され内部は真空状態となる
（同図（ｂ）参照）。

【０００５】次に、第１のシリコン基板１側の露出して
いる面を研磨することにより圧力基準室５の底面部の肉
厚を所望の厚さ寸法に形成してダイヤフラム６となる部
分を形成する。この後、ダイヤフラム６部分にピエゾ抵
抗効果を有する抵抗体を複数個形成してそれらをブリッ
ジ接続した状態とすることにより半導体圧力センサが形
成される。

【０００６】これにより、半導体圧力センサ本体が置か
れている環境の圧力がダイヤフラム６に作用すると、圧
力基準室５内部との圧力差に応じた力でダイヤフラム６
が変位し、抵抗体の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変化
するようになる。すると、ブリッジ回路の出力端子に圧
力に応じた電圧が出力されるようになるので、これを検
出すれば圧力を検出することができる。

【０００７】ところで、このような半導体圧力センサ
は、ダイヤフラム６にかかる圧力を、その応力で変化す
る抵抗体の抵抗値の変化として検出する原理であるか
ら、ダイヤフラム６の厚さ寸法つまり、圧力に応じて変
化する度合いが検出精度を決定する要素となる。つま
り、ダイヤフラム６を薄く形成すれば、その分だけ検出
精度を向上させることができるのである。また、逆に、
検出精度を低下させることなくダイヤフラム６の面積を
小さくするためには、ダイヤフラム６の厚さ寸法を薄く
する必要がある。

【０００８】ところが、上述したような半導体基板の製
造方法では、原理的に、内部が真空状態に近い圧力基準
室５を形成した後にダイヤフラム６部分を形成するため
の研磨工程を実施せざるを得ないため、ダイヤフラム６
の厚さを薄く（例えば１〜１０μｍ程度）するように研
磨を進めると、場合によっては、図１７（ｃ）に示すよ
うに、研磨途中で圧力基準室５内と外部との圧力差でダ
イヤフラム６部分が応力を受けて変形してしまうことが
ある。

【０００９】上述のような製造工程を経てダイヤフラム
を形成する際に、そのとき研磨工程中に発生するダイヤ
フラム部分の変形が無視できない程度の大きさになる場
合には、形成されるダイヤフラム６の厚さ寸法が全体と
して不均一になり、このことに起因して圧力に応じた変
位の精度が低下したり、場合によっては、ダイヤフラム
６の中央部が圧力基準室５内で接触した状態となってそ
れ以上の変位が妨げられてしまうような状態になる不具
合がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、圧力基準室の背面部のダイヤフラム部
分の厚さを薄くする加工を行なう場合でも、その加工工
程の途中に圧力基準室内外の圧力差で受ける変形応力に
起因して圧力測定に悪影響を及ぼすことを無くすること
ができる半導体基板の製造方法および半導体圧力センサ
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、凹部形成工程で第１の基板に凹部を形成し、次の貼
り合わせ工程でこれを大気圧相当の雰囲気中で第２の基
板と貼り合わせることにより圧力基準室の形状を形成
し、この後、減圧工程にて圧力基準室内を減圧するよう
にしているので、貼り合わせ工程を減圧した雰囲気中で
行なう必要がなく、これによって貼り合わせ工程を簡単
且つ容易に行なうことができ、しかも、減圧工程を実施
する前に圧力基準室の形成される部分の基板の厚さを研
磨などにより加工したり、あるいは素子を形成する工程
を実施する際に内部の圧力との差で変形するなどの不具
合が発生することがないので、精度の良い加工を行なう
ことができるようになる。

【００１２】請求項２の発明によれば、連通孔形成工程
により、第１および第２の基板を貼り合わせた状態で圧
力基準室用の凹部に外部と連通する連通孔が形成される
ようにした状態で、貼り合わせ工程を実施した後に、減
圧工程を行なう際には、その連通孔を介して圧力基準室
内の気体を排出すると共に途中部位で閉塞するように封
止処理工程を実施するので、確実に圧力基準室を減圧す
ることができる。

【００１３】請求項３の発明によれば、減圧工程を実施
する前に、圧力センサなどの素子を形成する素子形成工
程を実施することができるので、減圧工程により圧力基
準室を形成する基板の壁面をダイヤフラムなどに用いる
場合に、加工途中でダイヤフラム部分が内外の圧力差に
よって変形することを防止でき、素子形成用の加工処理
に与える制約を少なくし、加工精度の向上を図ることが
できるようになる。

【００１４】請求項４の発明によれば、貼り合わせ工程
では、圧力基準室用の凹部内を外部と隔絶するように密
閉状態とし、さらに、減圧工程では、熱処理を行なうこ
とで、圧力基準室用の凹部内の気体を基板部材と化合さ
せることにより消費させ、これによって内部を減圧する
ようにしたので、簡単且つ確実に圧力基準室を減圧した
状態に形成することができるようになる。そして、請求
項５の発明によれば、圧力基準室用の凹部内に残存する
酸素を基板部材と化合させて酸化物を生成することによ
り減圧するので、特殊な反応物質などを用いることなく
簡単且つ安価に成し得る。

【００１５】請求項６の発明によれば、上述の反応が促
進するように、あらかじめ圧力基準室用の凹部内を半導
体面が露出するように表面処理しておくので、効率的に
減圧工程を実施することができるようになる。そして、
請求項７の発明によれば、その表面処理として、酸化膜
を除去することにより、圧力基準室用の凹部内の酸素を
消費しやすくするので、確実且つ迅速に減圧工程を実施
させることができるようになる。

【００１６】請求項８の発明によれば、研磨工程を減圧
工程の前に実施するので、圧力基準室用の凹部が形成さ
れた部分の基板を研磨してダイヤフラム形成部を設ける
場合に、内外の圧力差による応力で研磨中にダイヤフラ
ム形成部が変形するといったことがなくなり、圧力セン
サなどに用いるダイヤフラムを精度良く加工形成するこ
とができるようになる。

【００１７】請求項９の発明によれば、ダイヤフラムの
厚さ寸法を、そのダイヤフラムの厚さ寸法，一辺の長さ
寸法，材質に応じて決まる弾性率およびダイヤフラム面
に一様に受ける圧力から求められる撓み量の最大値の値
が当該ダイヤフラムの厚さ寸法以下となる条件を満たす
ように設定しているので、ダイヤフラムの厚さ寸法を薄
く設定することによる圧力基準室内外の圧力差に基づい
た変形を低減させることができるようになり、製造工程
において圧力基準室を減圧した状態に形成した状態でダ
イヤフラム部分を研磨するなどして形成する場合でもそ
のダイヤフラム部分の撓み変形による不具合の発生を抑
制して圧力測定に支障を来さないものを得ることができ
るようになる。

【００１８】請求項１０の発明によれば、ダイヤフラム
を正方形としてその一辺の長さ寸法ａを設定したときに
求まるダイヤフラムの撓み量ｗを厚さ寸法ｈ以下となる
条件を満たすようにダイヤフラムの厚さ寸法ｈを設定す
るので、上述同様にして、製造工程において圧力基準室
を減圧した状態に形成した状態でダイヤフラム部分を研
磨するなどして形成する場合でもそのダイヤフラム部分
の撓み変形による不具合の発生を抑制して圧力測定に支
障を来さないものを得ることができるようになる。

【００１９】請求項１１の発明によれば、シリコン単結
晶を用いて形成する場合に、ダイヤフラムの一辺の寸法
ａと厚さ寸法ｈに対する比の値ａ／ｈを１０４よりも小
となるように設定するので、上述同様にして、製造工程
において圧力基準室を減圧した状態に形成した状態でダ
イヤフラム部分を研磨するなどして形成する場合でもそ
のダイヤフラム部分の撓み変形による不具合の発生を抑
制して圧力測定に支障を来さないものを得ることができ
るようになる。

【００２０】請求項１２ないし１４の発明によれば、ダ
イヤフラムの形状を円形に設定する場合でも、上述同様
にして条件を満たすようにダイヤフラムの厚さ寸法を設
定するので、製造工程において圧力基準室を減圧した状
態に形成した状態でダイヤフラム部分を研磨するなどし
て形成する場合でもそのダイヤフラム部分の撓み変形に
よる不具合の発生を抑制して圧力測定に支障を来さない
ものを得ることができるようになる。

【００２１】請求項１５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ことにより圧力基準室内を減
圧した状態に形成し、この後、ダイヤフラム形成工程に
おいて、ダイヤフラム形成用の基板をダイヤフラムを形
成すべく研磨する場合に、その厚さ寸法を、そのダイヤ
フラムの厚さ寸法，一辺の長さ寸法，材質に応じて決ま
る弾性率およびダイヤフラム面に一様に受ける圧力から
求められる撓み量の最大値の値が当該ダイヤフラムの厚
さ寸法以下となる条件を満たすような範囲内に形成する
ので、研磨により製作する場合でも撓みによる測定誤差
を極力低減したものを得ることができるようになる。

【００２２】

【発明の実施の形態】

（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１は、
本発明の半導体基板の製造方法を適用して作製した半導
体基板１１を用いて形成した半導体圧力センサのセンサ
チップ１２の断面構造を模式的に示すもので、図２はそ
の上面図を示すものである。

【００２３】第１の基板としての単結晶シリコン基板１
３には、酸化膜１４を介して下面側に第２の基板として
のベースシリコン基板１５が貼り付けられている。単結
晶シリコン基板１３の下面側中央部には圧力基準室１６
が外部と隔絶された状態に形成され、内部は略真空とな
るようにガスが排気されている。また、圧力基準室１６
は単結晶シリコン基板１３の側面に延びるように形成さ
れた連通孔１７と連通した状態に形成されており、その
連通孔１７は途中で上方から形成された封止孔１８の部
分で酸化膜１９により封止されている。

【００２４】圧力基準室１６の上面は、所定の厚さ寸法
まで研磨されたダイヤフラム２０として設けられてい
る。このダイヤフラム２０は、外部の圧力に応じて変位
する程度の厚さ寸法に設定されており、そのダイヤフラ
ム２０部分にはピエゾ抵抗効果を有する４つの抵抗体２
１が拡散などの方法により形成されている。各抵抗体２
１にはオーミックコンタクトをとるための高不純物濃度
領域２２が形成されている。この高不純物濃度領域２２
の表面のコンタクト領域を除いて基板の全面に絶縁膜と
しての酸化膜２３が形成されている。

【００２５】この上面には、４つの抵抗体２１をブリッ
ジ接続するようにアルミニウム電極パターン２４が形成
されており、それらの端部にはボンディングパッド２４
ａが形成されている。そして、このボンディングパッド
２４ａ部分を除いた全面に、保護用で上述した封止を行
なったと同じ酸化膜１９が配設されている。このような
構成としたセンサチップ１２は、図示しないボンディン
グワイヤによりボンディングパッド２４ａ部分で外部回
路に接続された状態で使用される。これによってブリッ
ジ回路に外部から電圧が印加されると共に、検出出力が
外部に導出できる。

【００２６】そして、このセンサチップ１２を圧力測定
の環境下にさらすと、ダイヤフラム２０が外部から受け
る圧力で圧力基準室１６内の圧力との差により生ずる応
力で変位するので、抵抗体２１はピエゾ抵抗効果で抵抗
値が変化するようになる。この抵抗値の変化を検出出力
として圧力に応じた電圧信号を得ることができるように
なる。この場合、圧力基準室１６は略真空状態つまり気
体が存在しない状態に設けられているので、温度が変動
してもその温度変動に応じて内部の圧力が変動すること
がほとんどないので、温度補償回路などを設けることな
く、正確な圧力を検出することができるようになるもの
である。

【００２７】次に、上述のセンサチップ１２の製造方法
について、図３ないし図６も参照して説明する。図３
は、概略的な製造工程を説明する流れ図で、以下、この
製造工程にしたがって説明する。まず、酸化膜形成工程
Ｐ１では、第１の基板である単結晶シリコン基板１３の
表面に熱酸化などの方法により酸化膜２５を形成する
（図４（ａ）参照）。この場合、酸化膜２５の膜厚は、
例えば、０．１〜１．０μｍ程度である。なお、この酸
化膜２５は、熱酸化以外にＣＶＤ法などにより形成する
こともできる。

【００２８】次に、連通孔形成工程Ｐ２では、単結晶シ
リコン基板１３の酸化膜２５の一部をフォトリソグラフ
ィ処理によって開口し（同図（ｂ）参照）、露出した部
分の単結晶シリコン基板１３をフッ素イオンなどによる
ドライエッチング処理により連通孔１７を設けるための
凹部１３ａを形成する（同図（ｃ）参照）。凹部１３ａ
の大きさは、例えば、開口部が５０〜１０００μｍ程度
の寸法で、深さが１０μｍ程度以下に形成している。

【００２９】この場合、エッチング処理は、ＫＯＨ（水
酸化カリウム）液あるいはＴＭＡＨ（テトラメチルアン
モニア水溶液）などを用いたウェットエッチング処理を
適用することもできる。続いて、圧力基準室用凹部形成
工程Ｐ３では、同様にしてフォトリソグラフィ処理によ
って酸化膜２５に開口部を形成し、露出した単結晶シリ
コン基板１３の部分をエッチングにより除去して圧力基
準室１６用の凹部１３ｂを形成する（同図（ｄ）参
照）。

【００３０】この後、酸化膜除去工程Ｐ４では、単結晶
シリコン基板１３の表面に形成されている酸化膜２５を
エッチング処理により除去した状態とする。なお、この
ように酸化膜２５を除去するのは、次の貼り合わせ工程
Ｐ５で、単結晶シリコン基板１３に反りが生じている場
合に貼り合わせ不良が発生するのを防止するためであ
る。第２の基板としてのベースシリコン基板１５に対し
て、別途に酸化膜形成工程Ｐ１ａにて、表面に酸化膜１
４を形成する（図５（ａ）参照）。

【００３１】次に、貼り合わせ工程Ｐ５では、単結晶シ
リコン基板１３およびベースシリコン基板１５をそれぞ
れ前処理を行なった後に、単結晶シリコン基板１３の圧
力基準室用の凹部１３ｂを形成した面側とベースシリコ
ン基板１５の酸化膜１４を形成した面側とを、大気圧中
において密着させるようにして貼り合わせ（同図（ｂ）
参照）、続けて熱処理を行なう（熱処理温度は８００℃
〜１１５０℃の範囲で、低温の場合には最高３時間程
度、高温の場合には最低０．５時間程度の熱処理を行な
う）。これにより、貼り合わせた基板の内部に圧力基準
室１６が形成されるが、この状態では、連通孔１７によ
り外部と連通した状態となっているので、圧力基準室１
６内は大気圧のままである。

【００３２】そして、研磨工程Ｐ６では、この状態で、
単結晶シリコン基板１３の上面側を研磨して、圧力基準
室用凹部１３ｂの上部に位置する部分をダイヤフラム２
０として形成する（同図（ｃ）参照）。このとき、研磨
により調整するダイヤフラム２０の厚さ寸法は、例え
ば、１〜１０μｍ程度である。なお、このとき、圧力基
準室１６内は上述同様に大気圧に保持されているので、
研磨によってダイヤフラム２０の部分の厚さが薄くなっ
ても、圧力差によって撓むことがないので、均一な厚さ
寸法に研磨することができる。

【００３３】そして、上述のようにして形成された状態
で、センサチップ１２としての機能を達成させるための
素子を形成する素子形成工程Ｐ７を実施する。この場合
においては、ダイヤフラム２０の部分にピエゾ抵抗効果
を有する抵抗体２１を拡散法などの周知の技術を用いて
不純物を導入することにより形成し、この後、抵抗体２
１とオーミック接触が取れるように高濃度不純物領域２
２を形成する（図６（ａ）参照）。

【００３４】次に、封止孔形成工程Ｐ８では、単結晶シ
リコン基板１３の上面側から封止孔１８を形成する。単
結晶シリコン基板１３の上面に前述同様のフォトリソグ
ラフィ処理を施して封止孔１８に対応した部分のシリコ
ン面を露出させ、エッチング処理により下方に向けてエ
ッチングを行なって連通孔１７の位置まで掘り下げて封
止孔１８を形成する（同図（ｂ）参照）。

【００３５】この後、減圧工程としての封止工程Ｐ９に
て、真空中で単結晶シリコン基板１３の上面全面に酸化
膜１９を形成する（同図（ｃ）参照）。これにより、封
止孔１８部分にも酸化膜１９が形成され、連通孔１７部
分を封止するようになり、圧力基準室１６内が真空状態
に形成される。この場合、圧力基準室１６内の圧力は、
例えば、真空状態の程度として１００Ｐａ（パスカル）
以下程度とすることが好ましく、さらに低い圧力に設定
することは検出精度の向上につながる。なお、酸化膜１
９に代えて、シリコン窒化膜などを形成することもでき
る。

【００３６】最後に、電極パッド部開口処理工程Ｐ１０
にて、アルミニウム電極パターン２４のボンディングパ
ッド２４ａ部分の酸化膜１９をフォトリソグラフィ処理
により開口すると、図１および図２に示すような構成の
センサチップ１２を得ることができる。

【００３７】このような本実施形態によれば、ダイヤフ
ラム２０を形成してから（研磨工程Ｐ６を実施してか
ら）圧力基準室１６内部を減圧する封止工程Ｐ７を実施
するので、研磨中に圧力基準室１６内外の圧力差による
ダイヤフラム２０の撓みが発生するのを防止でき、これ
によって、ダイヤフラム２０の膜厚を均一に精度良く形
成することができる。

【００３８】また、本実施形態によれば、上述のごとく
ダイヤフラム２０の厚さ寸法を薄く形成することができ
るので、ダイヤフラム２０部分の面積を小さくすること
により検出精度の低下を招くのを防止できるようにな
り、素子の小形化を図ることができるようになる。

【００３９】さらに、本実施形態によれば、連通孔１７
を形成しておいて素子形成工程Ｐ７を経た後に封止工程
Ｐ９にて真空中で封止孔１８を封止することにより圧力
基準室１５内を真空に減圧するので、内部を確実に減圧
することができると共に、その真空度の設定も確実に行
なうことができる。

【００４０】（第２の実施形態）図７ないし図１２は本
発明の第２の実施形態を示すもので、以下、第１の実施
形態と異なる点について説明する。図７は、半導体基板
２６を用いて形成した半導体圧力センサのセンサチップ
２７の断面構造を模式的に示すもので、図２はその上面
図を示すものである。

【００４１】第１の基板としての単結晶シリコン基板２
８は、酸化膜２９を介して下面側に第２の基板としての
ベースシリコン基板３０が貼り付けられた状態とされて
いる。単結晶シリコン基板２８の下面側中央部には圧力
基準室３１が外部と隔絶された状態に形成されており、
内部は略真空状態となるように脱気されている。また、
後述するように、脱気される過程で形成される酸化膜３
１ａが内壁面に設けられている。

【００４２】圧力基準室３１の上面には、所定の厚さ寸
法のダイヤフラム３２が形成されている。ダイヤフラム
３２は、外部の圧力に応じて変位する程度の厚さ寸法に
設定されており、そのダイヤフラム３２部分には、前述
同様にして４つの抵抗体３３および高不純物濃度領域３
４が形成されている。この高不純物濃度領域３４のコン
タクト領域を除いて全面に絶縁膜としての酸化膜３５が
形成されている。４つの抵抗体２１をブリッジ接続する
アルミニウム電極パターン３６は、端部にボンディング
パッド３６ａが形成されている。そして、このボンディ
ングパッド３６ａ部分を除いた全面に、保護用の酸化膜
３７が配設されている。

【００４３】次に、上述のセンサチップ２７の製造方法
について、図９ないし図１２も参照して説明する。図９
に示す概略工程にしたがって、まず、酸化膜形成工程Ｔ
１では、第１の基板である単結晶シリコン基板２８の表
面に熱酸化などの方法により酸化膜３８を形成する（図
１０（ａ）参照）。次に、圧力基準室用凹部形成工程Ｔ
２では、単結晶シリコン基板２８の酸化膜３８の一部を
フォトリソグラフィ処理によって開口し（同図（ｂ）参
照）、露出した部分をエッチングにより除去して圧力基
準室３１用の凹部２８ａを形成する（同図（ｃ）参
照）。

【００４４】この後、酸化膜除去工程Ｔ３では、単結晶
シリコン基板２８の表面に形成されている酸化膜３８を
エッチング処理により除去した状態とする。なお、この
ように酸化膜３８を除去するのは、後の減圧工程Ｔ６で
圧力基準室３１用の凹部２８ａ内の脱気が効率良く行な
われるようにするためと、単結晶シリコン基板２８の反
りによる貼り合わせ不良を防止するためである。第２の
基板としてのベースシリコン基板３０に対して、別途に
酸化膜形成工程Ｔ１ａにて、表面に酸化膜２９を形成す
る（図１１（ａ）参照）。

【００４５】次に、貼り合わせ工程Ｔ４では、単結晶シ
リコン基板２８およびベースシリコン基板３０をそれぞ
れ前処理を行なった後に大気圧中において密着させるよ
うに貼り合わせ（同図（ｂ）参照）、続けて熱処理を行
なう（熱処理温度は８００℃〜１１５０℃の範囲で、低
温の場合には最高３時間程度、高温の場合には最低０．
５時間程度の熱処理を行なう）。これにより、貼り合わ
せた基板の内部に圧力基準室３１が形成されるが、この
状態では、内部は大気圧のままである。

【００４６】そして、研磨工程Ｔ５では、この状態で、
単結晶シリコン基板２８の上面側を研磨して、圧力基準
室用凹部２８ａの上部に位置する部分をダイヤフラム３
２として形成する（同図（ｃ）参照）。なお、このと
き、研磨により調整するダイヤフラム２０の厚さ寸法
は、例えば、１〜１０μｍ程度であり、圧力基準室３１
内は上述同様に大気圧に保持されているので、研磨によ
ってダイヤフラム３２の部分の厚さが薄くなっても、圧
力差によって撓むことがないので、均一な厚さ寸法に研
磨することができる。

【００４７】そして、次に減圧工程としての酸化膜形成
工程Ｔ６を実施する。これは、例えば１１５０℃〜１２
００℃程度の範囲内で０．５時間から５時間の範囲で熱
処理を行なう。これにより、圧力基準室３１内では、内
部に残留している酸素が内壁を構成するシリコンと化合
して酸化膜３１ａとして消費され、内部の圧力がほぼ真
空レベルとなるまで低下するようになる（図１２（ａ）
参照）。また、このとき、単結晶シリコン基板２８の上
面にも同様にして酸化膜３９が形成される。

【００４８】次に、表面酸化膜除去工程Ｔ７では、上述
の工程で形成された酸化膜３９を除去し、続く酸化膜形
成工程Ｔ８にて、新たに酸化膜４０を形成し、半導体基
板２６が完成する。この後、ダイヤフラム３２部分に前
述同様にしてセンサチップ２７として機能するようにピ
エゾ抵抗効果を有する抵抗体３３およびオーミック接触
用の高濃度不純物領域３４を形成すると共に、アルミニ
ウム電極パターン３６を形成して図７に示すセンサチッ
プ２７が形成される。

【００４９】このような第２の実施形態によれば、酸化
膜３１ａを形成するように熱処理を行なって、圧力基準
室３１内の残留酸素を消費して内部を減圧するので、工
程が簡単で、且つ確実に内部を減圧することができ、こ
れによって、研磨工程では圧力基準室３１内を大気圧に
保持した状態で研磨を行なえ、ダイヤフラム３２の膜厚
を精度良く形成することができる。

【００５０】（第３の実施形態）図１３ないし図１５は
本発明の第３の実施形態を示すもので、第１および第２
の実施形態と異なるところは、圧力センサ素子に加えて
その信号処理回路としての集積回路部を一体に形成した
圧力検出用センサチップ４１を構成したところである。
また、この圧力検出用センサチップ４１の製造方法にお
いては、第１および第２の実施形態と異なり、貼り合わ
せ工程においては真空中で行なう方法を採用すると共
に、その後、研磨工程を経てダイヤフラムを形成するよ
うにしているものである。

【００５１】そこで、本実施形態においては、従来例の
説明において述べたような不具合が発生するのを抑制す
るために、形成しようとしているダイヤフラムの厚さ寸
法を後述する関係の条件式を満たすように設定している
ものである。

【００５２】図１３は本発明でいうところの半導体装置
である圧力検出用センサチップ４１の全体構成を模式的
な断面で示しており、図１４は平面図を示している。こ
れらの図１３，図１４において、支持基板としてのｐ型
のベースシリコン基板４２上には絶縁用の酸化膜４３が
形成されると共に半導体層としての素子形成領域４４，
４５が形成されている。素子形成領域４４は圧力センサ
素子４６が形成される領域として設けられ、素子形成領
域４５は集積回路部４７が形成される領域として設けら
れており、これらの間はトレンチ分離構造として機能す
る研磨ストッパ用のシリコン酸化膜４８により電気的に
絶縁した状態に分離形成されている。

【００５３】また、素子形成領域４４および４５を構成
する単結晶シリコン膜は、後述するようにして貼り合わ
せ技術を用いて形成されるが、ｎ型不純物を導入した層
として設けられ、例えば、数μｍから２０μｍ程度の比
較的厚い膜厚となるように形成されている。

【００５４】素子形成領域４４において、下面側の酸化
膜４３と接する部分には、エッチングにより所定形状で
所定深さに凹部４９が形成されており、この凹部４９の
開口部分は酸化膜４３により閉塞され、これによって内
部に圧力基準室５０が設けられている。また、この圧力
基準室５０内は、真空あるいは所定の減圧圧力に設定さ
れており、圧力測定時に温度変動によらない基準圧力と
して機能するようになっている。また、この圧力基準室
５０を設けることにより、その表面側のｎ型層部分が圧
力測定に必要とされる所定膜厚に設定されたダイヤフラ
ム５１として機能するように設けられている。

【００５５】ダイヤフラム５１には、圧力基準室５０の
縁部と対応する位置の表面部分に圧力測定用の抵抗体領
域５２が４個形成されている。これらは、前述同様にし
てピエゾ抵抗効果を利用して圧力に応じてダイヤフラム
５１が変形すると、これを抵抗値の変化として検出する
ように設けられたものである。そして、素子形成領域４
４の表面には、酸化膜５３が形成されており、抵抗体領
域５２に対応して開口部が形成され、この部分を介して
アルミニウム電極膜５４によりブリッジ接続された状態
に構成されている。

【００５６】一方、素子形成領域４５には、種々の素子
が形成されて集積回路部４７が構成されるが、例えば、
図１３に示すものでは、バイポーラ型のトランジスタ５
５が形成されている。このトランジスタ５５は、ｎ型の
素子形成領域４５をコレクタ領域としてｐ型のベース領
域５６，ｎ型のエミッタ領域５７およびｎ型のコンタク
ト領域５８を形成してなるもので、全体を覆う酸化膜５
３は、ベース領域５６，エミッタ領域５７およびコレク
タのコンタクト領域５８に対応して開口された部分を介
してアルミニウム電極膜５４により電気的に接続されて
おり、他の回路素子と接続されている。

【００５７】なお、図示はしないが、他にＭＯＳＦＥＴ
やダイオード，抵抗体などの種々の回路素子が形成され
て圧力検出回路などの集積回路部４７が形成されてい
る。また、この集積回路部４７の外周部は、前述したよ
うに研磨ストッパを兼ねたトレンチ構造のシリコン酸化
膜４８により囲まれるようにして圧力センサ４６とは分
離されており、圧力センサ４６の領域は、このシリコン
酸化膜４８により集積回路部４７とは絶縁分離される。
また、圧力検出用センサチップ４１の表面全体には図示
しないボンディングパッド部分を除いて保護膜５９が形
成されている。

【００５８】上記構成において、ダイヤフラム５１の膜
厚ｈ（ｍｍ）は、次のようにして得られる条件を満足す
るように設定されている。すなわち、周囲が固定された
板材に受ける圧力で撓む量を求める場合において定義さ
れる式は、撓み量の最大値をｗ（ｍｍ），板材の厚さ寸
法ｈ（ｍｍ），板材に受ける圧力をＰ（ｋｇｆ／ｍ
ｍ^２），材料の弾性率をＥ（ｋｇｆｍｍ^２）とした場合
に、次式（Ａ）で与えられる。 ｗ＝α×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３） …（Ａ） ここで、αは、板材の平面的な形状に起因した係数であ
る。

【００５９】そこで、本実施形態における圧力センサ部
４４について当てはめてみると、ダイヤフラム５１の平
面形状は一辺の長さ寸法がａ（ｍｍ）の正方形状である
から、上述の式（Ａ）中のαの値は０．０１４として与
えられる。これにより、上式（Ａ）は、 ｗ＝０．０１４×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３） …（Ｂ） となる。

【００６０】また、ダイヤフラム５１が受ける圧力をＰ
（ｋｇｆ／ｍｍ^２）とすると、これは受圧面側から受け
る圧力Ｐｏから圧力基準室５０内の基準圧力（減圧もし
くは真空状態）Ｐｓを差し引いた値として与えられるか
ら、例えば、Ｐｓを真空つまり０ｋｇｆ／ｍｍ^２とした
場合には、ＰはＰｏに等しくなる。したがって、通常の
状態で受ける圧力として１気圧を想定すると、１．０３
３×１０^−２ｋｇｆ／ｍｍ^２となる。さらに、ダイヤフ
ラム５１は、単結晶シリコンで構成されるから、弾性率
Ｅは、１７０００ｋｇｆ／ｍｍ^２となる。

【００６１】ここで、上述の式（Ｂ）で得られる撓み量
の最大値ｗが、ダイヤフラム５１の厚さ寸法を設定する
際に、実質的に悪影響を受けない程度を想定すると、最
大でもダイヤフラム５１の厚さ寸法以下程度となれば良
いから、式（Ｂ）において、この条件を考慮すると、 ｗ＝０．０１４×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３）＞ｈ …（Ｃ） という条件式（Ｃ）が満たされれば良いことになる。

【００６２】そこで、上述の条件式（Ｃ）に上述した
Ｐ，Ｅの具体的な値を代入すると、この条件式を満たす
関係としてダイヤフラム５１の一辺の長さ寸法ａの厚さ
寸法ｈに対する比の値（ａ／ｈ）の値についての条件を
求めることができ、 （ａ／ｈ）＜１０４ …（Ｄ） という関係を得ることができる。すなわち、ダイヤフラ
ム５１の一辺の長さ寸法ａに対して条件式（Ｄ）を満た
す厚さ寸法ｈに設定すれば撓み量の最大値ｗをその厚さ
寸法ｈよりも小さい程度に抑制することができるように
なるのである。この場合では、例えば、ダイヤフラム５
１の厚さ寸法ｈを２μｍ程度に設定する場合には、一辺
の長さ寸法ａを２０８μｍよりも小さい寸法に設定すれ
ば良いということになる。

【００６３】次に、上述の圧力検出用センサチップ４１
の製造方法について、図１５および図１６に示す概略的
な製造工程に対応した断面図も参照して説明する。この
実施形態においては、半導体層用基板として図１５
（ａ）に示すように、ｎ型不純物が導入された単結晶シ
リコン基板６０を用いている。まず、トレンチ形成工程
において、半導体基板６０の表面に、素子分離領域４
４，４５に対応して設けるシリコン酸化膜４８を配設す
るためのトレンチ６１を所定深さ寸法に形成する。この
トレンチ６１は、前述したように圧力センサ素子４６と
集積回路部４７とを絶縁分離すると共に、後工程におい
てダイヤフラム５１を形成する際の研磨工程での研磨ス
トッパとしての機能も兼ねたものである。

【００６４】さて、トレンチ形成工程では、具体的に
は、半導体基板６０の表面にＰＥ−ＣＶＤ ＴＥＯＳ
（plasma enhanced chemical vapor deposition tetral
xy orthosilicate ）膜などの酸化膜をエッチングのマ
スク部材として所定膜厚だけデポジションし、続いてト
レンチ６１を形成する部分をフォトリソグラフィ処理に
よって開口する。この後、ドライエッチング処理などの
方法によって異方性エッチングを行ない、ＰＥ−ＣＶＤ
ＴＥＯＳによる酸化膜をエッチングすると共に、シリ
コンをエッチングして所定深さ寸法のトレンチ６１を形
成する。

【００６５】次に、酸化膜形成工程では、トレンチ６１
内の表面にシリコン酸化膜４８を形成すると共に、半導
体基板６０の表面にシリコン酸化膜６２を形成するもの
で、具体的には、ＬＰ−ＨＴＯ（low pressure high te
mperature oxide ）法などの熱酸化により形成し、半導
体基板６２の表面を平坦な状態にする．次に、圧力基準
室５０を形成するための領域の表面の酸化膜６２を除去
して開口部を形成し、ここを介して所定深さまでｐ型不
純物を導入してｐ型領域６３を形成する（同図（ｂ）参
照）。

【００６６】続いて、圧力基準室用凹部形成工程では、
ｐ型領域６３を選択的にエッチングして除去する（同図
（ｃ）参照）。この場合、ｐ型領域６３のみを選択的に
エッチングする方法としては、ｐｎ接合部分に逆バイア
スを印加した状態でエッチング液に浸して行なう電気化
学ストップエッチング法がある。この方法を用いると、
ｐ型領域６３部分のエッチングがほぼ完了すると、ｐｎ
接合が無くなることにより電流が流れるようになり、陽
極酸化膜を形成するようになる。これによってシリコン
の層が陽極酸化膜に変わると、シリコンの露出がなくな
ってエッチングが停止する。この結果、ｐ型領域６３部
分をエッチングにより除去して凹部４９を形成すること
ができる。

【００６７】なお、上述の場合で、圧力基準室用凹部４
９の形成は、ｐ型領域６３を形成して電気化学ストップ
エッチングにより形成することに代えて、通常のドライ
エッチング処理などにより所定深さ寸法の凹部４９を形
成するようにしても良い。

【００６８】一方、支持基板として用いる単結晶シリコ
ンからなるベースシリコン基板４２には、酸化膜形成工
程において、表面に所定の膜厚で熱酸化などの方法によ
り酸化膜４３が形成される（同図（ｄ）参照）。この酸
化膜４３は、前述したように、半導体層４４，４５に対
する絶縁膜として機能するものである。

【００６９】次に、貼り合わせ工程においては、ベース
シリコン基板４２および半導体基板６２のそれぞれに対
して、所定の前処理工程を実施して表面を貼り合わせす
るのに適した状態とした後に、減圧雰囲気として真空中
にてベースシリコン基板４２の酸化膜４３の面と半導体
基板６２の凹部４９を形成した側の面とを貼り合わせる
（図１６（ａ）参照）。この後、熱処理を行なって貼り
合わせ面の密着強度を高める。

【００７０】そして、研磨工程では、単結晶シリコン基
板６２の上面側を研磨して、圧力基準室用凹部４９の上
部に位置する部分をダイヤフラム５１として形成する
（同図（ｂ）参照）。このとき、研磨により調整するダ
イヤフラム５１の厚さ寸法は、例えば、１〜１０μｍ程
度であるが、前述した条件を満たすように設定されてい
る。したがって、研磨によってダイヤフラム５１の部分
の厚さが薄くなっても、そのときの圧力差Ｐによってダ
イヤフラム５１の撓み量の最大値ｗは、ダイヤフラム５
１の厚さ寸法ｈ以上となることがないので、ほぼ均一な
厚さ寸法に研磨することができる。

【００７１】そして、上述のようにして形成された状態
で、センサチップ４１としての機能を達成させるための
素子を形成する素子形成工程を実施する。この場合にお
いては、ダイヤフラム５１の部分にピエゾ抵抗効果を有
する抵抗体５２を拡散法などの周知の技術を用いて不純
物を導入することにより形成し、さらには、集積回路部
４７としてのバイポーラトランジスタ５５を構成するベ
ース領域５６，エミッタ領域５７およびコンタクト領域
５８などを形成する（同図（ｃ）参照）。

【００７２】最後に、電極パッド部開口処理工程にて、
アルミニウム電極パターン５４のボンディングパッド部
分の酸化膜５９をフォトリソグラフィ処理により開口す
ることにより、図１３および図１４に示すような構成の
センサチップ４１を得ることができる。

【００７３】このような本実施形態によれば、ダイヤフ
ラム５１の厚さ寸ｈを、式（Ｄ）で示す条件を満たすよ
うに設定しているので、圧力基準室５０を真空雰囲気中
で貼り合わせを行なって形成し、ダイヤフラム５１形成
のための研磨工程を実施する場合でも、研磨の進行に伴
うダイヤフラム５１部分の撓み量ｗを抑制することがで
き、変形に伴う膜厚の不均一の発生を防止することがで
きるようになる。

【００７４】また、本実施形態によれば、圧力検出用セ
ンサチップ４１に圧力センサ素子４６と集積回路部４７
を一体に設ける構成とすることができるので、圧力セン
サ素子４６の検出出力に信号処理を行なった状態で出力
信号として得ることができるようになる。この場合、通
常の圧力センサ素子４６に必要なダイヤフラム５１の厚
さ寸法ｈに対して、集積回路部４７に形成する素子は深
い寸法が必要となるのに対応して、圧力基準室５０を凹
部４９を形成することにより設ける構成としているの
で、集積回路部４７を形成するための設計の自由度を高
めたものとすることができるようになる。

【００７５】（第４の実施形態）図１７および図１８
は、本発明の第４の実施形態を示すもので、第３の実施
形態と異なるところは、集積回路部４７を設けない圧力
センサ部４６のみを設けるディスクリート素子構造とし
たものであり、圧力基準室用の凹部をシリコンのエッチ
ングで形成しないで圧力基準室を設けるようにしたとこ
ろである。

【００７６】すなわち、半導体圧力センサチップ６４
は、支持基板としてのｐ型ベースシリコン基板６５上に
は圧力基準室形成用の酸化膜６６が所定膜厚で形成され
ており、その一部を正方形状に開口した圧力基準室６７
が形成されている。この圧力基準室６７上には、単結晶
シリコンからなる所定の厚さ寸法ｈを有するダイヤフラ
ム６８が設けられている。このダイヤフラム６８は、周
囲をトレンチ構造を有する酸化膜部６９により区画され
ている。

【００７７】ダイヤフラム６８には、圧力基準室６７の
縁部と対応する位置の表面部分に圧力測定用の抵抗体領
域７０が形成されている。これらは、前述同様にしてピ
エゾ抵抗効果を利用して圧力に応じてダイヤフラム６８
が変形すると、これを抵抗値の変化として検出するよう
に設けられたものである。このダイヤフラム６８の表面
には、酸化膜７１が形成されており、抵抗体領域７０に
対応して開口部が形成され、この部分を介してアルミニ
ウム電極膜７２によりブリッジ接続された状態に構成さ
れている。また、表面全体にはボンディングパッド部分
を除いた保護膜７３が形成されている。

【００７８】上記構成において、ダイヤフラム６８の膜
厚ｈ（ｍｍ）は、第３の実施形態と同様の条件を満足す
るように設定されている。すなわち、前述の式（Ａ）か
らこのダイヤフラム６８に対応して導かれる式（Ｂ）で
得られる撓み量の最大値ｗが、前述同様の条件下でダイ
ヤフラム６８の厚さ寸法ｈよりも小となる条件として示
される式（Ｃ）に当てはめると、式（Ｄ）で示す条件が
得られる。すなわち、ダイヤフラム６８の一辺の長さ寸
法ａに対して条件式（Ｄ）を満たす厚さ寸法ｈに設定す
れば撓み量の最大値ｗをその厚さ寸法ｈよりも小さい程
度に抑制することができるようになるのである。この場
合では、例えば、ダイヤフラム５１の厚さ寸法ｈを２μ
ｍ程度に設定する場合には、一辺の長さ寸法ａを２０８
μｍよりも小さい寸法に設定すれば良いということにな
る。

【００７９】次に、上述の圧力検出用センサチップ６４
の製造方法について、図１８を参照して説明する。この
実施形態においては、半導体層用基板として図１８
（ａ）に示すように、ｎ型不純物が導入された単結晶シ
リコン基板７４を用いている。まず、トレンチ形成工程
において、半導体基板７４の表面に、ダイヤフラム６８
部分に対応して設けるシリコン酸化膜６９を配設するた
めのトレンチ７５を所定深さ寸法に形成する。このトレ
ンチ７５は、後工程においてダイヤフラ６８を形成する
ために行なう研磨工程での研磨ストッパとしての機能を
果すように設けたものである。

【００８０】次に、支持基板として用いる単結晶シリコ
ンからなるベースシリコン基板６５には、酸化膜形成工
程において、表面に所定の膜厚で熱酸化などの方法によ
り酸化膜６６が形成される（同図（ｂ）参照）。この酸
化膜６６には、圧力基準室６７に対応する部分にフォト
リソグラフィ処理により正方形状をなす開口部６６ａが
形成される。

【００８１】次に、貼り合わせ工程においては、ベース
シリコン基板６５および半導体基板７４のそれぞれに対
して、所定の前処理工程を実施して表面を貼り合わせす
るのに適した状態とした後に、真空中にてベースシリコ
ン基板６５の酸化膜６６の面と半導体基板７４のトレン
チ７５を形成した側の面とを貼り合わせる（同図（ｃ）
参照）。この後、熱処理を行なって貼り合わせ面の密着
強度を高める。これにより、酸化膜６６の開口部６６ａ
部分には、酸化膜６６の厚さ寸法分だけの空間が形成さ
れ、これが圧力基準室６７として得られるようになる。

【００８２】そして、研磨工程では、単結晶シリコン基
板７４の上面側を研磨して、圧力基準室用凹部６７の上
部に位置する部分をダイヤフラム６８として形成する
（同図（ｂ）参照）。このとき、研磨により調整するダ
イヤフラム６８の厚さ寸法は、例えば、１〜１０μｍ程
度であるが、前述した条件を満たすように設定されてい
る。したがって、研磨によってダイヤフラム６８の部分
の厚さが薄くなっても、そのときの圧力差Ｐによってダ
イヤフラム６８の撓み量の最大値ｗは、ダイヤフラム６
８の厚さ寸法ｈ以上となることがないので、ほぼ均一な
厚さ寸法に研磨することができる。

【００８３】そして、上述のようにして形成された状態
で、センサチップ６４としての機能を達成させるための
素子を形成する素子形成工程を実施する。この場合にお
いては、ダイヤフラム６８の部分にピエゾ抵抗効果を有
する抵抗体７０を拡散法などの周知の技術を用いて不純
物を導入することにより形成し、電極パッド部開口処理
工程にて、アルミニウム電極パターン７２のボンディン
グパッド部分の酸化膜７１をフォトリソグラフィ処理に
より開口することにより、図１７に示すような構成のセ
ンサチップ６４を得ることができる。

【００８４】このような本実施形態によれば、第３の実
施形態と同様にして、圧力基準室６７を真空中で貼り合
わせ工程を実施することにより設けると共に、ダイヤフ
ラム６８の厚さ寸法ｈを前述の条件式（Ｄ）を満たすよ
うに設定して研磨工程を行なうので、撓み量の最大値ｗ
を抑制して素子形成や圧力測定に支障を来すことのない
ようにすることができるので、加工処理を簡略化するこ
とができる。

【００８５】また、本実施形態によれば、圧力基準室６
７を酸化膜６６に開口部６６ａを形成することにより、
貼り合わせ時にその部分が空間となるようにして設ける
構成としたので、圧力基準室６７を形成するために凹部
を別途に加工形成する必要がなくなり、製造工程の簡略
化を図ることができるようになる。

【００８６】本発明は、上記実施例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。研磨工程
で発生することが予想されるダイヤフラムの撓みの度合
いは、ダイヤフラムの厚さ寸法のみに依存するのではな
くその面積にも依存しており、例えば、ダイヤフラムの
厚さが比較的厚い場合でも、面積が広くなると内外の圧
力差で発生する撓みの度合いが大きくなる。したがっ
て、本発明においても、第１および第２の実施形態で示
したダイヤフラム２０，３２の厚さ寸法の場合のみなら
ず、さらに厚く形成する場合でも、面積が大きくなる
と、十分にその効果を得ることができるようになる。

【００８７】第１の基板として単結晶シリコン基板１
３，２８を用い、ダイヤフラム２０，３２部分にピエゾ
抵抗効果を利用する抵抗体２１，３３を利用する構成の
実施形態について説明したが、単結晶のシリコン基板を
必要としない場合には多結晶あるいはアモルファスを基
体とした基板を用いることができるし、あるいはシリコ
ン以外の材質の基板を用いることもできる。

【００８８】また、第２の基板としてベースシリコン基
板１５，３０を用いたが、単結晶シリコンの基板に限ら
ず、第１の基板と貼り合わせが可能で、剛性を有するセ
ラミック製の基板であれば何でも良い。

【００８９】第２の実施形態では、圧力基準室３１内を
減圧するために、内部の酸素を消費して酸化膜３１ａを
形成するようにしたが、これに限らず、内部に窒素を充
填した状態で貼り合わせ工程を実施しておいて窒化シリ
コン膜を形成することで内部の窒素を消費して減圧する
ようにしても良いし、他の方法により内部の気体を消費
して減圧するようにしても良い。

【００９０】上記各実施形態においては、ダイヤフラム
の形状を一辺がａの正方形状とするものについて説明し
たが、製造工程が複雑になったりあるいは測定結果の信
号処理や構造的な制約がなければ、正方形状に限らず、
長方形状あるいは円形状にすることもできる。この場
合、ダイヤフラムは圧力基準室の平面形状によって決ま
るので、その圧力基準室の凹部の形成工程と密接な関係
を有することになる。したがって、凹部の形成工程上で
問題がなければ採用することができる。また、第４の実
施形態のように、凹部を形成しないものにおいては、長
方形状あるいは円形状のダイヤフラムを設けることは容
易なものとなる。

【００９１】ところで、ダイヤフラムを円形状に形成す
る場合には、第３の実施形態あるいは第４の実施形態に
おいて説明した条件式は次のように変更される。すなわ
ち、ダイヤフラムの膜厚ｈ（ｍｍ）は、平面形状が半径
ａの円形状をなす場合には、式（Ａ）で示される式は、
αの値が異なることを除いて同じとなるから、 ｗ＝α×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３） …（Ａ） となる。そこで、ダイヤフラムの平面形状が半径ａの円
形状である場合のαの値は、０．１７１ｔｏｓｉｔｅ与
えられるから、式（Ｂ）は、 ｗ＝０．１７１×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３） …（Ｂ′） となる。

【００９２】次に、前述同様にして、式（Ｂ）で得られ
る撓み量の最大値ｗが、ダイヤフラムの厚さ寸法を設定
する際に、ダイヤフラムの厚さ寸法以下程度となる条件
を考慮すると、 ｗ＝０．１７１×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３）＞ｈ …（Ｃ′） という条件式（Ｃ）が得られるので、これに第３の実施
形態で説明したＰ，Ｅの具体的な値を代入すると、この
条件式を満たす関係としてダイヤフラムの半径寸法ａの
厚さ寸法ｈに対する比の値（ａ／ｈ）の値についての条
件を求めることができ、 （ａ／ｈ）＜５６ …（Ｅ） という関係を得ることができる。すなわち、ダイヤフラ
ムの半径寸法ａに対して条件式（Ｅ）を満たす厚さ寸法
ｈに設定すれば撓み量の最大値ｗをその厚さ寸法ｈより
も小さい程度に抑制することができるようになるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す半導体圧力セン
サチップの模式的な断面図

【図２】半導体圧力センサチップの上面図

【図３】製造工程の概略を示す流れ図

【図４】製造工程別の模式的断面図（その１）

【図５】製造工程別の模式的断面図（その２）

【図６】製造工程別の模式的断面図（その３）

【図７】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図

【図８】図２相当図

【図９】図３相当図

【図１０】製造工程別の模式的断面図（その１）

【図１１】製造工程別の模式的断面図（その２）

【図１２】製造工程別の模式的断面図（その３）

【図１３】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図

【図１４】図２相当図

【図１５】製造工程別の模式的断面図（その１）

【図１６】製造工程別の模式的断面図（その２）

【図１７】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図

【図１８】製造工程別の模式的断面図

【図１９】従来例を示す製造工程別の模式的断面図

【符号の説明】

１１，２６は半導体基板、１２，２７，４１，６４は半
導体圧力センサチップ、１３，２８，４２，６５は単結
晶シリコン基板（第１の基板）、１４，２９，４３，６
６は酸化膜、１５，３０，６２，７４はベースシリコン
基板（第２の基板）、１６，３１，５０，６７は圧力基
準室、１７は連通孔、１８は封止孔、１９は酸化膜、２
０，３２，５１，６８はダイヤフラム、２１，３３，５
２，７０は抵抗体、２２，３４は高不純物濃度領域、２
４，３６，５４，７２はアルミニウム電極パターン、２
４ａ，３６ａはボンディングパッド、２５，３８は酸化
膜、３１ａは酸化膜である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 稲男 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 川崎 栄嗣 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に圧力基準室が減圧された状態で設
   けられた半導体基板を、２枚の基板を貼り合わせること
   により形成する半導体基板の製造方法において、 第１の基板に圧力基準室用の凹部を形成する凹部形成工
   程と、 前記第１の基板の前記凹部が形成された側の面を閉塞す
   るように第２の基板を大気圧相当の雰囲気中で貼り合わ
   せる貼り合わせ工程と、 第１および第２の基板を貼り合わせた状態で前記圧力基
   準室用の凹部内を減圧する減圧工程とを備えたことを特
   徴とする半導体基板の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体基板の製造方法
   において、 前記貼り合わせ工程に先だって、前記第１および第２の
   基板を貼り合わせた状態で前記圧力基準室用の凹部に外
   部と連通する連通孔が形成されるように、前記第１また
   は第２の基板に連通孔部を形成する連通孔形成工程を設
   け、 前記減圧工程では前記連通孔を介して前記圧力基準室用
   の凹部内を減圧すると共に、減圧後にその連通孔を閉塞
   するように封止処理工程を行なうことを特徴とする半導
   体基板の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体基板の製造方法
   において、 前記減圧工程は、前記圧力基準室部分を利用して圧力セ
   ンサなどの素子を形成するための素子形成工程が終了し
   た後に行なわれることを特徴とする半導体基板の製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体基板の製造方法
   において、 前記貼り合わせ工程は、前記第１および第２の基板を貼
   り合わせることにより前記圧力基準室用の凹部内が密閉
   された状態となるように実施され、 前記減圧工程は、熱処理を行なうことにより前記圧力基
   準室用の凹部内の気体を基板部材と化合させることによ
   り消費して内部を減圧するようにしたことを特徴とする
   半導体基板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体基板の製造方法
   において、 前記減圧工程は、前記熱処理を行なうことにより、前記
   圧力基準室用の凹部内の酸素を基板部材と化合させて酸
   化膜を形成させることで消費して内部を減圧するように
   したことを特徴とする半導体基板の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の半導体基板の
   製造方法において、 前記貼り合わせ工程に先だって、前記第１の基板の圧力
   基準室用の凹部内を半導体面が露出するように処理する
   表面処理工程を設けたことを特徴とする半導体基板の製
   造方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の半導体基板の製造方法
   において、 前記表面処理工程においては、前記第１の基板の圧力基
   準室用の凹部内に設けられている酸化膜を除去する処理
   を行なうことにより半導体面が露出するようにしたこと
   を特徴とする半導体基板の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の半
   導体基板の製造方法において、 前記減圧工程に先だって、前記第１の基板の圧力基準室
   用の凹部の部分の肉厚を薄くしてダイヤフラム形成部を
   設けるように研磨を行なう研磨工程を設けたことを特徴
   とする半導体基板の製造方法。
9. 【請求項９】 ダイヤフラムの裏面内部に内部に減圧さ
   れた圧力基準室を備え、そのダイヤフラムに受ける圧力
   を圧力に応じた撓み量を検出して検出するようにした半
   導体圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラムの厚さ寸法は、そのダイヤフラムの厚
   さ寸法，一辺の長さ寸法，材質に応じて決まる弾性率お
   よびダイヤフラム面に一様に受ける圧力から求められる
   撓み量の最大値の値が当該ダイヤフラムの厚さ寸法以下
   となる条件を満たすように設定されていることを特徴と
   する半導体圧力センサ。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の半導体圧力センサに
    おいて、 前記ダイヤフラムの厚さ寸法をｈ（ｍｍ），正方形状の
    一辺の長さ寸法をａ（ｍｍ），受圧面側に受ける圧力Ｐ
    ｏ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）と前記圧力基準室側との圧力Ｐｓ
    （ｋｇｆ／ｍｍ^２）との差により決まる実質的な受圧を
    Ｐ（ｋｇｆ／ｍｍ^２，（＝Ｐｏ−Ｐｓ）），材質により
    決まる弾性率をＥ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）としたときに、前
    記ダイヤフラムの撓み量の最大値をｗ（ｍｍ）を、 ｗ＝０．０１４×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３） で与え、この撓み量の最大値ｗがダイヤフラムの厚さ寸
    法ｈ以下となる条件を満たすように設定することを特徴
    とする半導体圧力センサ。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０に記載の半導体圧
    力センサにおいて、前記ダイヤフラムの部分をシリコン
    単結晶により構成する場合に、そのダイヤフラムの一辺
    の寸法ａの厚さ寸法ｈに対する比の値ａ／ｈを、次の条
    件を満たすように設定したことを特徴とする半導体圧力
    センサ。 （ａ／ｈ）＜１０４
12. 【請求項１２】 ダイヤフラムの裏面内部に内部に減圧
    された圧力基準室を備え、そのダイヤフラムに受ける圧
    力を圧力に応じた撓み量を検出して検出するようにした
    半導体圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラムの厚さ寸法は、そのダイヤフラムの厚
    さ寸法，半径の寸法，材質に応じて決まる弾性率および
    ダイヤフラム面に一様に受ける圧力から求められる撓み
    量の最大値の値が当該ダイヤフラムの厚さ寸法以下とな
    る条件を満たすように設定されていることを特徴とする
    半導体圧力センサ。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の半導体圧力センサ
    において、 前記ダイヤフラムの厚さ寸法をｈ（ｍｍ），円形状の半
    径をａ（ｍｍ），受圧面側に受ける圧力Ｐｏ（ｋｇｆ／
    ｍｍ^２）と前記圧力基準室側との圧力Ｐｓ（ｋｇｆ／ｍ
    ｍ^２）との差により決まる実質的な受圧をＰ（ｋｇｆ／
    ｍｍ^２，（＝Ｐｏ−Ｐｓ）），材質により決まる弾性率
    をＥ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）としたときに、前記ダイヤフラ
    ムの撓み量の最大値をｗ（ｍｍ）を、 ｗ＝０．１７１×（Ｐ×ａ^４）／（Ｅ×ｈ^３） で与え、この撓み量の最大値ｗがダイヤフラムの厚さ寸
    法ｈ以下となる条件を満たすように設定することを特徴
    とする半導体圧力センサ。
14. 【請求項１４】 請求項１２または１３に記載の半導体
    圧力センサにおいて、 前記ダイヤフラムの部分をシリ
    コン単結晶により構成する場合に、そのダイヤフラムの
    半径寸法ａの厚さ寸法ｈに対する比の値ａ／ｈを、次の
    条件を満たすように設定したことを特徴とする半導体圧
    力センサ。 （ａ／ｈ）＜５６
15. 【請求項１５】 請求項９ないし１４のいずれかに記載
    の半導体圧力センサを製造する製造方法において、 ダイヤフラム形成用の基板と支持基板とを減圧雰囲気中
    で貼り合わせて前記圧力基準室を形成する貼り合わせ工
    程と、 前記ダイヤフラム形成用の基板の厚さを前記ダイヤフラ
    ムとして機能するための所定の厚さ寸法となるまで薄く
    するように研磨による仕上げ処理を含んだダイヤフラム
    形成工程とを含んでなり、 前記ダイヤフラムの厚さ寸法を、そのダイヤフラムの厚
    さ寸法，一辺の長さ寸法，材質に応じて決まる弾性率お
    よびダイヤフラム面に一様に受ける圧力から求められる
    撓み量の最大値の値が当該ダイヤフラムの厚さ寸法以下
    となる条件を満たすような範囲内で形成することを特徴
    とする半導体圧力センサの製造方法。