JPS59136977A - 圧力感知半導体装置とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体ダイヤフラム形成技術に関し、主として
シリコンダイヤフラム膨圧カセンサを対象とする。

〔背景技術〕

半導体圧力センサは在来のブルドン管やベローズを用い
た機械式圧力センサと異なって超小形化。

低価格化、あるいは高性能化が期待でき、その代表的な
ものにシリコンダイヤプラム形圧カセンサがある。シリ
コンダイヤフラム膨圧カセンサの一例として第１図に断
面図で示すような構造が考えられた。すなわち、かかる
圧力センサはシリコン単結晶ペレット１の一部に凹陥部
２あけてダイヤフラムとなし、薄膜部３となった表面に
互いに平行な４個の細長形の拡散抵抗４を配置された構
造をなしている。そして、上下の圧力差で薄膜部が歪み
拡散抵抗が伸縮することで、拡散抵抗のピエゾ抵抗効果
によって抵抗値が変化する。これをブリッジ接続し電気
的にその度合いを検出するものである。このような圧力
センナは感度のよい（１００）面のシリコン結晶基板を
用いることが本願出願人によって考えられた。そして、
ダイヤフラム形成にあっては、異方性エツチング技術が
利用された。

ところで、ダイヤフラムに加わる圧力によって薄膜部上
の４つの拡散抵抗に生じる歪の均一性を得ようとするた
めには、ダイヤフラムは円形であることが望ましい。し
かしながら、Ｓｉ結晶（１００）面を用いて、エツチン
グを行なう場合、円形の窓孔な有スるマスクを用いて選
択エッチしても、結晶方位の影響を受けて完全に円形の
穴の形成は難しく、通常第２図に示すような六角形かそ
れに近い多角形状となる。このような多角形ではダイヤ
フラム中心から周辺部に至る距離が辺と角部によってａ
　（ｂのように異なりグイヤフラム面で歪の不均一を生
じやすく、ゲージ拡散抵抗の変化の不均一をまぬかれな
い。したがって、ダイヤフラム上のゲージ拡散抵抗等の
センサへの歪がその形状によって決まる特有の特性とな
り、抵抗の温度特性がわるい等の特性上の問題が生じる
ことが本発明者によってあきらかとされた。

〔発明の目的〕

本発明の目的はタンヤフラムエッチ法に改良を加えて、
完全な円形ダイヤフラムを得るダイヤフラムエツチング
技術を提供することにある。

〔発明の概蚕〕

本発明は、シリコン半導体基板の一生面にその一部に高
濃度不純物拡散を行ない、上記基板表面の不純物濃度差
を利用して円形又はそれに類似の平面形状をもつ凹陥部
を形成し、これによりゲージ拡散抵抗の変化を均一にす
るものである。

〔実施例〕

本発明の具体的な実施例を第３〜第１１図の工程断面図
を紗照しながら詳述する。

（１）結晶面（１００）の高比抵抗ｐ−型シリコン基板
（ウェハ）１１を用意し、その裏面側に不純物を高濃度
に選択的にデポジット（又はイオン打込み）する。この
場合の不純物はｐ型であっても又、ｎ型であってもよく
、例えばボロン（Ｂ）のように拡散速度の大きい不純物
を、基板の一部］、　１　ａをのこしてその周辺部に導
入する。不純物を導入しない上記「一部」は例えば円形
とする。

第３図におい′ｃ１１は基板、１２は高濃度不純物導入
部、１０は拡散マスクとなる酸化物（Ｓｉ０２）膜であ
る。

（２）上記１−一部（ｌｌａ）Ｊに対向する基板表面側
に第４図に示すように選択的にアンチモン（Ｓｂ）をデ
ポジットしｎ＋梨型不純物導入１３をつくる。

なおこのｎ＋型型入入部１３ら離れてその周辺部にアイ
ソレーション部形成のためのｐ型溝入部１４を形成して
おく。同図１０は拡散マスクのだめの酸化膜である。

（３）引伸し拡散のため〜１００Ｏ′Ｃ以上に熱処理を
行なって第５図に示すように基板の裏面側周辺部の高濃
度不純物を拡散して深いｐ＋型層（表面濃度〜１０”）
１２ａを形成する。

（４）基板の表面全面に第６図に示すように低濃度のｎ
型Ｓｉ層１５をエピタキシャル成長するとともに基板表
面のｎ＋型型入入部１３ｎ＋型埋込層ｉ　３　ａ　＋　
ｐ型溝入部１４をｐ型埋込層１４ａとする。

（５）第７図に示すようにｎ型Ｓｉ層の表面の一部にボ
ロンを選択拡散してゲージ抵抗のためのｐ型拡散領域１
６を形成する。

（６）第８図に示すように通常のノくイボーラ素子のＢ
Ｒ拡散技術を利用してゲージ拡散抵抗１６の端部に接続
するようにコンタクト用の高濃度ｐ＋＋拡散領域１７を
形成する。なおこのＢＲ拡散を利用して同時にアイソレ
ーション用ｐ型導入部１４に接続するｐ″−型拡散領域
１８を形成しアイソレーション部を完成する。

（７）第９図に示すようにバイポーラ素子のエミツク拡
散技術を利用して各ゲージ抵抗を取囲むようニストソバ
用ｎ＋型領域１９を形成する。このあと、表面酸化膜２
１に対しコンタクトホトエッチを行ないＡ−６（アルミ
ニウム）メタライズ−ホトエッチによるＡ、、ｅ配線２
０を形成後ノくツシベインョン処理を施して表面の圧力
感知素子領域を完成する。

（８）第１０図に示すように基板裏面側において周辺部
のｐ＋型層１２ａ上にホトレジヌトマスク２４を設けて
、ＫＯＨ等のアルカリエッチを使用する選択的異方性エ
ッチを行ない、マスクされない中央部分に凹陥部２２を
あける。

（９）上記異方性エッチのエッチ特性として、半導体基
板における不純物濃度差によりエッチ速度が大きく異な
ることが知られている。即ち、第１２図に示すように、
不純物濃度（Ｎ）が１０１９オーダーを越えるとエッチ
速度（ｖ）は急激に低下する。そこで上記工程（８）の
選択エッチによれば低濃度の基板中央部分は第１１図に
破線で示すように矢印方向に順次に、かつ急速にエッチ
されるが、周辺の高濃度拡散部分１２ａはエッチされに
くいため同拡散層の側面形状にそって入口（２２ａ）が
狭く内部（２２ｂ）に至るほど広い凹陥部２２をつくる
エッチがされる。この選択エツチングは当然に拡散マス
クのパターンにそって精度よくエッチがなされ、円形の
パターンであれば完全に近い円形の凹陥部（２２ａ）が
形成される。そしてこのエツチングが高濃度のｎ＋型埋
込層１３ａに到達したところでエッチ速度が急に低下し
、エツチングが停滞することにより平坦な凹陥部底面が
得られることになる。

第１３図は本発明によるダイヤフラム圧力センサの完成
時の拡散抵抗形成面からみた場合の平面図である。同図
において実線で示す円２２ｂはダイヤフラムとなる薄膜
部の輪郭、すなわち凹陥部２２の薄膜部と接する部分の
形状であり、又、破線で示す円２２ａは凹陥部の入口の
形状（基板裏面の高濃度拡散のためマスクパターン）で
ある。

なお、３０はＣＶＤＳｉＯ２あるいはポリイミド樹脂の
ような保訛膜であり、端子（ボンディングバノド）を露
出した形で基板主面全体に覆われている。

同図に示されるようにゲージ抵抗（Ｒ１，Ｒ，。

Ｒｓ　　、Ｒ４）となる複数のｐ型拡散層１６は薄膜部
表面の４個所に＜１１　ｏ）軸方向に向けて平行に配置
され、それぞれの端部に高濃度のｐ＋型層１７が形成さ
れ、各Ｐ＋型層１７にＡｎ配線２０がコンタクトする。

Ａ、６配線２０はゲージ抵抗Ｒ１Ｒ２Ｒ，Ｒ４をブリッ
ジ結合させて周辺の端子２３に接続されている。

〔効果〕

以上実施例で述べた本発明によれば、下記の諸効果がも
たらされる。

（１）半導体基体に不純物濃度差を部分的に形成し低濃
度部を選択的に異方性エッチすることで半導体基板の結
晶方位に規制されることなく任意の形状の凹陥部を形成
することができる。

（２）半導体基板に円形の凹陥部を形成することが容易
となったことにより、円形の凹陥部をもつシリコンダイ
ヤフラムの形成が可能となった。

（３）ダイヤフラム圧力センサに円形のダイヤフラムを
採用することにより方位による歪のばらつきがなくなり
、ゲージ拡散抵抗の温度特性を改善することができる− 〔応用分野〕 本発明は前記実施例に限定されず、例えば一つの半導体
基板にダイヤフラム圧力センサとセンサの検知回路とな
るＩＣを共存させる場合にも同様に適用することができ
る。

本発明の圧力センサは自動車用エンジンの気圧測定機器
、油圧測定機器あるいは医療用血圧計に適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイヤフラム圧力センサめ一例を示す断面図、
第２図は第１図の圧力センサをゲージ抵抗形成面からみ
た平面図である。 第３図〜第１１図は本発明をダイヤフラム圧力センサの
製造プロセスに適用した場合の工程断面図である。 第１２図は半導体基板における不純物濃度とアルカリエ
ッチ液による異方性エツチングのエッチ速度との関係を
示す曲線図である。 第１３図は本発明によるダイヤフラム圧力センナをゲー
ジ抵抗形成面からみた完成時の形態を示す平面図、第１
４図は第１３図におけるＡ−Ａ’断面図である。 １・・・シリコンベレット、２・・・凹陥部、３・・・
薄膜部、４・・・拡散抵抗、１０・・・酸化膜マスク、
１１・・ｐ−型シリコン基板、１２・・・高濃度拡散層
、１３・・ｎ＋型型入入部埋込層）、１４・・・アイソ
レーション用ｐ＋型導入部、１５・・・エピタキシャル
Ｓｉ層、１６・ゲージ用拡散抵抗、１７・・・コンタク
ト用高濃度ｐ＋型拡散領域、１８・・・アイソレーショ
ン用高濃度ｐ型領域、１９　・チャンネルストッパ用ｎ
＋型領域、２０・・・アルミニウム配線、２１・・酸化
膜、２２・・・凹陥部、２３・・端子、２４・・・ホト
レジスト、３０・・保護膜。 第　　１　　図 第　　２１’７？１ 第　　３　　図 第　　４　　図 第　　５　図 第　　６　図 第　　７　図 第　　８１−７１ 第　　９　図 第１０図 第１１図 坪託吟凛濱 第１３図 ｊ 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体結晶基板−主面に凹陥部を形成して基板の一
   部を薄膜部とし、この薄膜部表面に設けた拡散抵抗を圧
   力感知に利用した圧力感知半導体装置であって、上記凹
   陥部の横断面形状が円形又は円形に近い多角形であるこ
   とを特徴とする圧力感知半導体装置。 ２、半導体結晶基板の一主面に一部に高濃度不純物拡散
   層を形成した後、この高濃度不純物拡散層の形成されな
   い基板部分に対し選択的な異方性エツチングを行なうこ
   とにより、半導体基板の一部に厚さの異なる部分を形成
   することを特徴とする半導体装置の製造法。 ３、上記半導体結晶基板としてその主面が（１００）面
   又はその近傍にあるシリコン結晶基板を使用する特許請
   求の範囲第２項に記載の半導体装置の製造法。 ４、上記半導体基板の厚さの異なる部分の表面に圧力感
   知のだめの拡散抵抗を形成する特許請求の範囲第２項又
   は第３項に記載の半導体装置の製造法。