KR101007432B1 - 반도체 압력 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 압력 센서 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 압력 센서는, 실리콘 지지 기판(1)과, 실리콘 지지 기판(1)상에 형성된 절연층(2)과, 절연층(2)상에 형성된 실리콘 박판(3)을 구비하고 있다. 실리콘 지지 기판(1)에는 그 두께 방향으로 연장하는 관통공(1a)이 형성되어 있다. 관통공(1a)의 연장선상에 위치하는 실리콘 박판(3)은, 외부로부터의 압력에 의해 변형하는 다이어프램(23)으로서 기능한다. 절연층(2)은, 다이어프램(23)의 아랫면의 전체에 걸쳐 잔존하고 있다. 절연층(2)의 두께는, 다이어프램(23)의 주연부로부터 중앙부를 향하여 작아지고 있다. 이에 따르면, 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량의 쌍방을 저감할 수 있는 반도체 압력 센서 및 그 제조 방법을 얻을 수 있다.

Description

반도체 압력 센서 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR PRESSURE SENSOR AND ITS FABRICATION METHOD}
본 발명은, 반도체 압력 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래로부터, 다이어프램(diaphram)을 반도체 박판으로 형성한 반도체 압력 센서가 제조되고 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 평 4-9770 호 공보에는, 실리콘 박판, 절연층, 및 실리콘 지지 기판의 3층에 의해 구성된 반도체 압력 센서가 개시되어 있다. 이 반도체 압력 센서에 있어서는, 실리콘 지지 기판에 관통공이 형성되고, 또한, 그 관통공에 연속하는 관통공이 절연층에 형성되어 있다. 한편, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 있어서는, 실리콘 지지 기판에는 관통공이 형성되어 있지만, 절연층에는 관통공이 형성되어 있지 않고, 절연층이 SOI(Silicon On Insulator) 기판이 형성되었을 때의 상태로 잔존하고 있는 반도체 압력 센서가 개시되어 있다.
전술한 반도체 압력 센서 중 어느 것이라도, 실리콘 지지 기판에 마련된 관통공의 연장선상에 위치하는 실리콘 박판이, 압력에 의해 변형되는 다이어프램으로 서 기능한다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 평 4-9770 호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보
(발명이 해결하고자 하는 과제)
상기한 일본 특허 공개 평 4-9770 호 공보에 있어서 개시되어 있는 반도체 압력 센서는, 절연층이 다이어프램의 아래쪽의 영역에는 존재하고 있지 않지만, 그 이외의 영역에는 존재하는 구조를 갖고 있다. 이 구조에 의하면, 절연층이 존재하는 영역과 절연층이 존재하지 않는 영역이 혼재하고 있으므로, 다이어프램에 잔류 응력이 발생할 우려가 있다. 또한, 반도체 압력 센서의 주위 환경의 온도가 변화한 경우에, 절연층의 열팽창 계수와 실리콘의 열팽창 계수의 상위(相違)에 기인한 응력이 다이어프램에 발생하여버린다. 그 때문에, 주위 환경의 온도 변화에 기인한 측정 오차가 발생하여버린다.
한편, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 있어서 개시되어 있는 반도체 압력 센서는, 균일한 두께의 절연층이 다이어프램의 아래쪽의 영역에 잔존하고 있는 구조를 갖고 있다. 이 구조에 의하면, 절연층의 열팽창 계수와 실리콘의 열팽창 계수의 상위에 기인한 압력 측정의 오차는 저감된다. 그러나, 절연층에 발생하는 응력에 의해, 다이어프램에 변형이 발생하여버린다. 다시 말해, 외부로부터 다이어프램으로 걸리는 압력 이외의 요인에 의해 다이어프램이 변형하여버린다. 그 때문에, 다이어프램에 압력이 걸리고 있지 않은 상태라도, 반도체 압력 센서로부터 출력되는 전압의 값이 0이 되지 않는다. 즉, 출력 전압값에 오프셋이 발생하여버린다. 따라서, 오프셋 전압에 기인한 측정 오차가 발생하여버린다.
본 발명은, 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 오프셋 전압에 기인한 측정 오차 및 주위 환경의 온도 변화에 기인한 측정 오차의 쌍방이 저감된 반도체 압력 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명의 반도체 압력 센서는, 두께 방향으로 연장하는 관통공이 형성된 반도체 지지 기판과, 반도체 지지 기판의 위쪽에 위치한 반도체 박판을 구비하고 있다. 또한, 그 압력 센서는, 반도체 지지 기판과 반도체 박판 사이에 끼워진 절연층을 구비하고 있다. 절연층은, 관통공에 면하는 위치에 오목부를 갖고, 그 오목부의 위치에 있어서의 두께가 주연부(周緣部)로부터 중앙부를 향하여 작아지고 있다.
본 발명의 반도체 압력 센서의 제조 방법에 있어서는, 우선, 반도체 지지 기판과, 반도체 지지 기판상에 마련된 절연층과, 절연층상에 형성된 반도체 박판을 구비한 중간 구조체가 준비된다. 다음으로, 반도체 지지 기판에 그 두께 방향으로 연장하는 관통공이 형성된다. 그 후, 절연층에 오목부가 형성된다. 오목부는, 관통공에 면하는 위치에 있어서의 절연층의 두께가 주연부로부터 중앙부를 향하여 작아지도록 형성된다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 오프셋 전압에 기인한 측정 오차 및 주위 환경의 온도 변화에 기인하는 측정 오차의 쌍방이 저감된 반도체 압력 센서를 얻을 수 있다.
본 발명의 상기한 목적 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부한 도면과 관련되어 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 실시예의 반도체 압력 센서의 단면 모식도,
도 2는 실시예의 반도체 압력 센서의 특성과 종래의 반도체 압력 센서의 특성을 비교하기 위한 그래프,
도 3은 실시예의 반도체 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 4는 실시예의 반도체 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 5는 실시예의 반도체 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 6은 실시예의 반도체 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 7은 실시예의 반도체 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 8은 실시예의 반도체 압력 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도,
도 9는 습식 에칭에 의해 형성된 실리콘 산화막의 단면 모식도,
도 10은 실리콘 산화막의 에칭 시간과 반도체 압력 센서의 측정 오차의 관계를 나타내는 그래프,
도 11은 실리콘 산화막의 막 두께의 분포를 나타내는 단면 모식도,
도 12는 실리콘 산화막의 막 두께의 분포 형상과 반도체 압력 센서의 측정 오차의 관계를 나타내는 그래프,
도 13은 실시예의 반도체 압력 센서의 다른 예의 단면 모식도,
도 14는 다이어프램의 파괴 내압과 언더컷의 양의 관계를 나타내는 그래프이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 지지 기판 1a : 관통공
2 : 실리콘 산화막 3 : 실리콘 박판
4 : 변형 게이지 5 : 절연 보호막
5a : 홀 6 : 알루미늄 배선
7 : 실리콘 질화막 7a : 개구
23 : 다이어프램
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예의 반도체 압력 센서 및 그 제조 방법을 설명한다.
도 1은 실시예의 반도체 압력 센서의 단면도이다. 반도체 압력 센서는, 밀폐용 기판으로서의 유리 기판(8)과, 유리 기판(8)상에 형성된 반도체 지지 기판으로서의 실리콘 지지 기판(1)과, 실리콘 지지 기판(1)상에 형성된 절연층으로서의 실리콘 산화막(2)과, 실리콘 산화막(2)상에 형성된 반도체 박판(활성층)으로서의 실리콘 박판(3)을 구비하고 있다. 실리콘 지지 기판(1), 절연층(2), 및 실리콘 박판(3)으로 이루어지는 3층 구조는, 일반적으로는, SOI(Silicon On Insulator)라 불린다.
반도체 압력 센서에, 전술한 바와 같이, 유리 기판(8)이 마련되어 있는 경우에는, 후술하는 바와 같이, 유리 기판(8), 실리콘 지지 기판(1)의 관통공의 안쪽면, 및 실리콘 박판(3)에 의해 밀폐된 공간이 압력 기준실로서 기능하므로, 절대압을 측정하는 것이 가능하다. 한편, 반도체 압력 센서는, 유리 기판(8)이 마련되어 있지 않은 경우에는, 다이어프램(23)의 양면의 차압을 검출하는 차압 센서로서 이용된다.
또, SOI 기판 대신에, 실리콘 지지 기판과 실리콘 박판 사이에 사파이어가 존재하는 SOS(Silicon On Sapphire)가 이용되더라도 좋다. 이 경우, 절연층으로 서, 실리콘 산화막 대신에 사파이어가 이용되고 있다. 또한, 본 발명의 반도체 박판, 절연층, 및 반도체 지지 기판으로서, 실리콘 박판, 실리콘 산화막, 및 실리콘 지지 기판이 이용되고 있지만, 그들 대신에, 실리콘 카바이드 박판, 실리콘 카바이드 절연막, 및 실리콘 카바이드 지지 기판이 이용되더라도 좋다. 다시 말해, 반도체 압력 센서를 구성하는 반도체로서, 실리콘 이외의 반도체가 이용되더라도 좋다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 실리콘 지지 기판(1)에는, 실리콘 산화막(2)까지 도달한 관통공(1a)이 형성되어 있다. 따라서, 실리콘 산화막(2)은 관통공(1a) 내의 공간(10)에 면하고 있다. 또한, 관통공(1a)의 연장선상에 위치하는 실리콘 박판(3) 및 실리콘 산화막(2)은 박판 형상부로 되어 있다. 이 박판 형상부는, 실리콘 박판(3)의 위쪽의 공간의 압력과 관통공(1a) 내의 공간(10)의 압력의 차에 기인하여 변형되는 다이어프램(23)으로서 기능한다. 다이어프램(23)의 변형을 검출하기 위해, 실리콘 박판(3)에는 변형 게이지(4)가 형성되어 있다.
변형 게이지(4)는, 다이어프램(23)에 압력이 걸려, 다이어프램(23)이 휘었을 때에, 다이어프램(23)의 휨에 비례하여 변형된다. 변형 게이지(4)가 변형되면, 그 저항값이 변화한다. 변형 게이지(4)의 저항값은, 자신의 변형량에 비례하여 변화한다. 따라서, 변형 게이지(4)의 양단에 전압이 인가되고 있으면, 변형 게이지(4)의 변형량에 비례하여 변형 게이지(4)의 양단의 전압이 변화한다. 따라서, 변형 게이지(4)의 양단의 전압의 변화량이 검출되면, 다이어프램(23)에 결려 있는 압력이 검출된다.
또한, 실리콘 박판(3)상에는 절연 보호막(5)이 형성되어 있다. 절연 보호 막(5)에는 홀(5a)이 형성되어 있고, 홀(5a)의 바닥면은 변형 게이지(4)의 윗면으로 이루어져 있다. 또한, 홀(5a)에는 알루미늄 배선(6)이 매립되어 있다. 알루미늄 배선(6)은, 절연 보호막(5)상에 연장하고 있다. 알루미늄 배선(6)의 단부는, 외부의 전극과의 접속용 패드로서 기능한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 반도체 압력 센서는, 유리 기판(8)의 윗면, 관통공(1a)의 내주면, 및 절연층(2)의 아랫면에 의해 둘러싸인 공간(10)이 압력 기준실로서 기능한다. 다시 말해, 본 실시예는, 절대압 센서이며, 압력 기준실로서의 공간(10)은 밀폐 공간이 되어 있고, 공간(10) 내의 압력은 소정의 기준 압력으로 유지되어 있다. 한편, 반도체 압력 센서는, 유리 기판(8)이 마련되어 있지 않고, 다이어프램(23)의 양면의 압력차를 검출하는 차압 센서로서 이용되는 경우이더라도, 다음에 말하는 효과를 갖고 있다.
일반적으로, 전술한 바와 같은 반도체 압력 센서에 있어서는, 다이어프램(23)의 바깥쪽의 압력과 다이어프램(23)의 안쪽의 공간(10)의 압력의 차에 기인한 다이어프램(23)의 변형량만이, 변형 게이지(4)에 의해 검출되는 것이 이상적이다. 그러나, 다른 요인에 의해 다이어프램(23)에 변형이 발생하는 경우가 있다. 다른 요인에 의한 변형은, 반도체 압력 센서의 측정 오차가 된다. 종래의 반도체 압력 센서에 있어서는, 실리콘 산화막이 실리콘 박판의 아래쪽에 균일한 두께로 잔존하고 있거나, 또는, 다이어프램의 아래쪽의 실리콘 산화막이 완전히 제거되어 있으므로, 전술한 측정 오차가 발생하고 있다.
그래서, 전술한 압력 오차를 저감하기 위해, 본 실시예의 반도체 압력 센서 에 있어서는, 다이어프램(23)의 아래쪽에 있어서, 실리콘 산화막(2)이 관통공(1a)의 한쪽 단의 전면에 걸쳐 잔존하고 있고, 또한, 실리콘 산화막(2)의 막 두께가 주연부로부터 중앙부를 향하여 서서히 작아지도록, 실리콘 산화막(2)의 하측부가 제거되어 있다. 이에 따르면, 오프셋 전압에 기인한 측정 오차와 온도 변화에 기인한 측정 오차의 쌍방이 저감된다. 이하, 측정 결과를 이용하여, 전술한 본 실시예의 반도체 압력 센서에 의해 얻어지는 효과를 설명한다.
도 2에는, 전술한 종래의 2종류의 반도체 압력 센서의 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량의 각각과, 본 실시예의 반도체 압력 센서의 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량의 관계가 표시되어 있다.
또, 도 2에 표시되는 측정 결과의 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량은, 각각, 종래의 반도체 압력 센서의 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량에 의해 규격화된 값으로 표시되고 있다. 또한, 종래의 반도체 압력 센서 A는, 일본 특허 공개 평 4-9770 호 공보에 개시된 반도체 압력 센서의 구조를 갖고, 종래의 반도체 압력 센서 B는, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 개시된 반도체 압력 센서의 구조를 갖고 있다.
도 2에 표시된 측정 결과로부터, 본 실시예의 반도체 압력 센서에 의하면, 종래의 반도체 압력 센서 A 및 B의 비교에 있어서, 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량의 쌍방을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 3∼도 8을 이용하여, 실시예의 반도체 압력 센서의 제조 방법을 설명한다.
우선, 도 3에 나타내는 바와 같이, 실리콘 박판(3)/실리콘 산화막(2)/실리콘 지지 기판(1)으로 이루어지는 SOI 기판이 준비된다. 다음으로, 도 4에 나타내는 바와 같이, SOI 기판의 실리콘 박판(3)에 변형 게이지(4)가 형성된다. 변형 게이지(4)는, 실리콘 박판(3)의 주표면으로부터 소정의 깊이에 걸쳐 확산된 불순물 영역으로 이루어진다. 변형 게이지(4)를 구성하는 불순물로서는, 예컨대, 붕소가 이용된다. 또한, 이 불순물은, 열 확산법 및 이온 주입법에 의해, 실리콘 박판(3) 내에 형성된다.
다음으로, 실리콘 박판(3)의 주표면상에 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 절연 보호막(5)이 형성된다. 절연 보호막(5)은, 예컨대, 실리콘 질화막인 것이 바람직하다. 그 후, 변형 게이지(4)의 위쪽에 위치하는 절연 보호막(5)이 에칭에 의해 제거된다. 그에 따라, 변형 게이지(4)가 절연 보호막(5)에 형성된 홀(5a)의 바닥면에 노출된다.
다음으로, 홀(5a)을 매립함과 아울러 절연 보호막(5)의 윗표면의 일부를 덮는 알루미늄 배선(6)이 형성된다. 그에 따라, 알루미늄 배선(6)과 변형 게이지(4)가 전기적으로 접속된다. 전술한 프로세스에 의해 얻어진 구조가 도 5에 표시되어 있다. 마지막으로, 알루미늄 배선(6)이 소정의 패턴으로 에칭되고, 알루미늄 배선(6)의 선단이 전극 패드(도시하지 않음)가 된다. 따라서, 반도체 압력 센서는, 전극 패드를 거쳐 외부의 전압 인가 수단과 전기적으로 접속될 수 있는 상태가 된다.
다음으로, 실리콘 지지 기판(1)의 주표면상에 CVD법에 의해 실리콘 질화 막(7)이 형성된다. 그 후, CF4 또는 CHF3 등의 반응성 가스를 이용하는 플라즈마 에칭에 의해, 실리콘 질화막(7)에 개구(7a)가 형성된다. 그에 따라 얻어진 구조가 도 6에 표시되어 있다.
다음으로, 실리콘 질화막(7)을 마스크로 하여, 실리콘 지지 기판(1)이 에칭된다. 그에 따라, 실리콘 지지 기판(1)에 관통공(1a)이 형성되고, 실리콘 산화막(2)의 하측면이 노출된다. 그에 따라 얻어진 구조가 도 7에 표시되어 있다. 관통공(1a)의 실리콘 지지 기판(1)의 주표면에 평행한 단면은, 정방형 및 원형 등의 어느 형상이더라도 좋다. 또한, 관통공(1a)은, 실리콘 질화막(7)으로부터 절연층(2)으로 향함에 따라 서서히 가늘어지고 있다.
또, 실리콘 지지 기판(1)을 에칭하는 방법으로서는, TMAH(수산화테트라메틸암모늄) 용액을 이용하는 습식 에칭법 및 SF6 가스를 주성분으로 하는 가스를 이용한 건식 에칭법이 적합하다. 어느 방법에 있어서도, 실리콘 질화막(7) 및 실리콘 산화막(2)에 대한 실리콘 지지 기판(1)의 선택비가 큰 식각액(etchant)이 이용된다. 다시 말해, 실리콘 질화막(7) 및 실리콘 산화막(2)의 에칭 속도에 대한 실리콘 지지 기판(1)의 에칭 속도가 지극히 큰 식각액이 이용된다.
다음으로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 실리콘 산화막(2)이 건식 에칭됨으로써, 실리콘 산화막(2)에 오목부(2a)가 형성된다. 건식 에칭의 방법으로서는, CF4 또는 CHF3 등의 반응성 가스를 이용한 반응성 이온 에칭법 또는 아르곤을 이용한 이온 밀링법이 적합하다.
또한, 건식 에칭에 의해 얻어지는 실리콘 산화막(2)의 단면 형상은, 에칭시의 가스압 및 기판 바이어스 전압, 및 기판 경사각에 의해 다르지만, 일반적으로는, 실리콘 산화막(2)은, 도 1에 표시되는 단면 형상으로 형성된다. 다시 말해, 실리콘 산화막(2)에 형성되는 오목부(2a)가 거의 구면의 일부가 되도록, 실리콘 산화막(2)은, 다이어프램(23)의 주연부로부터 중앙부를 향하여 서서히 얇아지고 있다.
한편, 불산 용액을 이용하여 습식 에칭에 의해 실리콘 산화막(2)이 에칭되면, 실리콘 산화막(2)은, 도 9에 표시되는 단면 형상으로 형성된다. 다시 말해, 실리콘 산화막(2)은 실리콘 박판(3)에 거의 평행하게 일정한 막 두께로 연장하고 있다. 이 경우, 건식 에칭에 의해 오목부(2a)가 형성되는 경우에 비하여, 본 실시예의 반도체 압력 센서에 의해 얻어지는 효과, 즉, 오프셋 전압에 기인한 측정 오차 및 온도 변화에 기인한 측정 오차가 저감된다고 하는 효과를 얻기 어려워진다.
그 후, 실리콘 질화막(7)이 제거되고, 절대압 센서를 작성하기 위해, 실리콘 지지 기판(1)의 아랫면상에 유리 기판(8)이 양극 접합된다. 그에 따라, 도 1에 나타내는 구조를 얻을 수 있다. 또, 실리콘 질화막(7)은, 반드시 제거되어 있지 않더라도 좋지만, 실리콘 지지 기판(1)과 유리 기판(8)을 양극 접합할 때에, 실리콘 질화막(7)이 제거되어 있으면, 실리콘 지지 기판(1)과 유리 기판(8) 사이의 접합의 신뢰성이 향상된다. 또, 실리콘 질화막(7)의 제거 방법으로서는, 열인산 용액을 이용하는 습식 에칭이 적합하다.
또한, 오프셋 전압과 온도 변화에 기인하는 출력 전압의 변동량의 합과 실리 콘 산화막의 에칭 시간의 관계가, 도 10에 나타내는 바와 같이 플롯되었다. 또, 도 10에 나타내는 그래프에 있어서는, 종래의 실리콘 산화막이 완전히 에칭되어 있지 않은 구조의 반도체 압력 센서, 즉, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 개시되어 있는 반도체 압력 센서가 기준으로서 이용되고 있다. 보다 구체적으로는, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 개시되어 있는 반도체 압력 센서의 오프셋 전압에 의해 규격화된 오프셋 전압, 및, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 개시되어 있는 반도체 압력 센서의 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량에 의해 규격화된 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량이 이용되고 있다.
전술한 바와 같이, 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량의 각각이 작을수록, 반도체 압력 센서의 측정 오차가 작다. 따라서, 전술한 도 10에 표시되는 그래프를 이용한 평가에 있어서는, 규격화된 오프셋 전압과 규격화된 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량의 합이 작을수록, 반도체 압력 센서의 측정 오차가 작다.
도 10으로부터, 실리콘 산화막(2)의 에칭 시간을 너무 길게 하면, 반도체 압력 센서의 측정 오차가 커지는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 이러한 경향이 나타나는 이유는, 에칭 시간이 너무 길면, 다이어프램(23)의 중앙 영역에서 실리콘 산화막(2)이 완전히 제거되어, 실리콘 박판(3)의 아랫면이 노출되어버리기 때문이다. 또, 도 10에 표시되는 평가를 행하기 위해 이용된 실리콘 산화막(2)은, 에칭되기 전의 두께가 0.5㎛이다.
또한, 도 10으로부터, 다이어프램(23)의 중앙 영역에서의 실리콘 산화막(2) 의 두께가 변경된 경우에는, 실리콘 박판(3)이 노출되기까지의 실리콘 산화막(2)의 에칭 시간이 다르지만, 실리콘 산화막(2)이 다이어프램(23)의 아랫면을 따라 잔존하고 있으면, 반도체 압력 센서의 측정 오차가 저감된다고 하는 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 전술한 효과를 얻기 위해는, 다이어프램(23)의 아랫면의 전체에 걸쳐 실리콘 산화막(2)이 잔존하고 있으면 좋다.
또한, 도 10으로부터, 에칭 시간이 0에 가까워지면, 즉, 실리콘 산화막(2)의 에칭이 거의 행해지지 않고, 실리콘 산화막(2)이 SOI 기판의 구성 요소로서 형성되었을 때의 상태로 잔존하고 있는 경우에는, 반도체 압력 센서의 측정 오차가 저감되는 효과는 얻을 수 없는 것도 알 수 있다.
다음으로, 실리콘 산화막(2)의 막 두께 분포에 관한 정량적인 평가가 이루어졌다. 실리콘 산화막(2)의 두께에 관해서는, 최대 막 두께가 Tmax이며, 최소 막 두께가 Tmin이라고 한다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 실리콘 산화막(2)의 막 두께가 최대값 Tmax인 영역의 단부(2b)로부터 실리콘 산화막(2)의 막 두께가 (Tmax+Tmin)÷2가 되는 위치(2c)까지의 거리가 A라고 규정된다.
도 12에는, 최대값 Tmax에 대한 거리 A의 비 A÷Tmax와, 오프셋 전압과 온도 변화에 기인하는 출력 전압의 변동량의 합의 관계가 표시되어 있다. 또, 도 12에 나타내는 결과를 얻기 위한 측정에 있어서는, 실리콘 산화막(2)의 제거량이 도 10에 있어서의 에칭 시간 4분에 상당하는 실리콘 산화막 제거량으로 고정되고, 또한, 실리콘 산화막(2)의 막 두께 분포의 형상만이 변경된다.
또한, 도 12에 나타내는 그래프를 이용한 평가에 있어서는, 본 실시예의 반도체 압력 센서의 실리콘 산화막(2)이 에칭되기 전의 구조, 즉, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 개시되어 있는 구조를 갖는 반도체 압력 센서가 기준으로서 이용되고 있다. 보다 구체적으로는, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 개시되어 있는 구조를 갖는 반도체 압력 센서의 오프셋 전압에 의해 규격화된 오프셋 전압과, 일본 특허 공개 제 2002-350259 호 공보에 개시되어 있는 구조를 갖는 반도체 압력 센서의 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량에 의해 규격화된 온도 변화에 기인한 출력 전압의 변동량의 합이, 반도체 압력 센서의 특성을 나타내는 지표로서 이용된다.
도 12로부터, 실리콘 산화막(2)이 다이어프램(23)의 아래쪽의 전체 영역을 따라 잔존하고 있고, 또한, A÷Tmax가 5 이상이라고 하는 조건이 구비되어 있으면, 전술한 측정 오차가 저감된다고 하는 효과를 충분히 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12로부터, A÷Tmax가 5보다 작으면, 거의 선형적으로 전술한 측정 오차의 저감 효과가 저하하고 있는 것도 알 수 있다.
또한, 전술한 도 9에 표시되는 단면 형상의 실리콘 산화막(2)을 갖는 반도체 압력 센서, 즉, 습식 에칭에 의해 실리콘 산화막(2)에 오목부(2a)가 형성된 반도체 압력 센서에 의하면, A÷Tmax가 5보다 작아져버린다. 그 때문에, 전술한 반도체 압력 센서의 측정 오차가 저감된다고 하는 효과가 얻어지기 어렵다.
이상과 같이, 본 실시예의 반도체 압력 센서에 의하면, 다이어프램(23)의 주연부로부터 중앙부를 향하여 연속적으로 작아지는 막 두께 분포를 갖는 실리콘 산 화막(2)이 다이어프램(23)을 따라 형성되고, 또한, 다이어프램(23)의 아래쪽의 영역의 전체에 걸쳐 실리콘 산화막(2)이 잔존하고 있으므로, 오프셋 전압 및 온도 변화에 기인하는 출력 전압의 변동량의 쌍방을 저감하는 것이 가능하게 된다.
또한, 전술한 실리콘 산화막(2)의 막 두께의 최대값 Tmax가 2㎛보다 큰 경우에 있어서도, 반도체 압력 센서의 측정 오차는 저감되지만, 실리콘 산화막(2)의 막 두께의 최대값 Tmax가 2㎛ 이하인 경우에 비하여, 실리콘 산화막(2)의 에칭 전의 오프셋 전압의 절대값이 커진다. 이 경우, 오프셋 전압의 절대값을 실리콘 산화막(2)의 막 두께가 작은 반도체 압력 센서의 오프셋 전압의 절대값과 동등하게 하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 실리콘 산화막(2)의 막 두께의 최대값 Tmax는, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 도 13에 도시되는 바와 같이, 단면 형상에 있어서, 오목부(2a)의 폭은, 관통공(1a)의 폭보다 큰 것이 바람직하다. 다시 말해, 오목부(2a)의 주연부는, 관통공(1a)의 주연부보다 바깥쪽에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 도 13에 표시되는 바와 같이, 반도체 압력 센서가, 실리콘 지지 기판(1)과 절연층(2) 사이에 관통공(1a)의 주연부로부터 바깥쪽으로 연장하는 언더컷 부분 UC를 갖고 있는 것이 바람직하다. 또, 도 13에 표시되는 언더컷의 양 UCA는, 관통공(1a)의 주연부로부터 오목부(2a)의 주연부까지의 거리이다. 이에 따르면, 도 14에 표시되는 바와 같이, 다이어프램의 파괴 내압이 향상된다고 하는 결과를 얻을 수 있다. 이러한 결과를 얻을 수 있는 이유는, 현 단계에서는 분명하지 않지만, 실리콘 산화막(2)에 발생하는 응력 집중이 완화되기 때문이라고 추측된다.
또한, 현 단계에서 실리콘 산화막의 에칭을 위해 이용되고 있는 습식 에칭 또는 건식 에칭을 고려하면, 언더컷의 양 UCA의 최대값은, 10㎛ 정도인 것이 바람직하다. 도 14에 표시되는 바와 같이, 언더컷의 양 UCA가 10㎛ 이하이면, 파괴 내압이 향상되는 것이 확인되고 있다.

Claims (7)

  1. 두께 방향으로 연장하는 관통공(1a)이 형성된 반도체 지지 기판(1)과,
    상기 반도체 지지 기판(1)의 위쪽에 위치한 반도체 박판(3)과,
    상기 반도체 지지 기판(1)과 상기 반도체 박판(3) 사이에 끼워지고, 상기 관통공(1a)에 면하는 위치에 오목부(2a)를 갖고, 상기 오목부(2a)의 위치에 있어서의 두께가 주연부(周緣部)로부터 중앙부를 향하여 서서히 작아지고 있는 절연층(2)
    을 구비한 반도체 압력 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층(2)의 두께의 최대값이 Tmax이고, 또한, 상기 절연층(2)의 두께의 최소값이 Tmin인 경우에, 상기 절연층(2)의 두께가 Tmax인 영역의 단부로부터 상기 절연층(2)의 두께가 (Tmax+Tmin)÷2가 되는 위치까지의 거리를 A라고 하면, A÷Tmax가 5 이상인 반도체 압력 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연층(2)의 두께의 최대값 Tmax가 2㎛ 이하인 반도체 압력 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오목부(2a)의 주연부는 상기 관통공(1a)의 주연부보다 바깥쪽에 위치하고 있는 반도체 압력 센서.
  5. 반도체 지지 기판(1)과, 상기 반도체 지지 기판(1)상에 마련된 절연층(2)과, 상기 절연층(2)상에 형성된 반도체 박판(3)을 구비한 중간 구조체를 준비하는 단계와,
    상기 반도체 지지 기판(1)에 그 두께 방향으로 연장하는 관통공(1a)을 형성하는 단계와,
    상기 관통공(1a)에 면하는 위치에 있어서의 상기 절연층(2)의 두께가 주연부로부터 중앙부를 향하여 서서히 작아지도록, 상기 절연층(2)에 오목부(2a)를 형성하는 단계
    를 구비한 반도체 압력 센서의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 오목부(2a)는 상기 절연층(2)의 건식 에칭에 의해 형성되는 반도체 압력 센서의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연층(2)에 상기 오목부(2a)를 형성하는 단계에 있어서는, 상기 오목부(2a)의 주연부가 상기 관통공(1a)의 주연부보다 바깥쪽에 위치하는 반도체 압력 센서의 제조 방법.
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