JP3744218B2 - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3744218B2 JP3744218B2 JP22495498A JP22495498A JP3744218B2 JP 3744218 B2 JP3744218 B2 JP 3744218B2 JP 22495498 A JP22495498 A JP 22495498A JP 22495498 A JP22495498 A JP 22495498A JP 3744218 B2 JP3744218 B2 JP 3744218B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impurity diffusion
- diffusion region
- trench
- silicon substrate
- single crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 46
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 37
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 63
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 40
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 36
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 33
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 11
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 10
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 10
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 71
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 24
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000010407 anodic oxide Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Weting (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体圧力センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体センサチップの小型化、高精度化に伴い、センシング部であるダイヤフラムの小型・薄肉化、高精度化が進んでいる。出願人は、特願平９−２９５６７８号において基準圧力室を内蔵した小型・薄肉ダイヤフラムを有するセンサの製造方法を提案している。その一つとして、図２７に示すように、シリコン基板５０の表面にＸ字状または十字状に配列した微小穴５１からのシリコン異方性エッチングを行うとともに、シリコン基板５０の表層部に形成した二重拡散領域の各領域５２，５３間に電位差を生じさせて電気化学的なストップエッチングを行い、基準圧力室となる空洞５４を形成し、その後、微小穴５１を真空封止してセンシング部としている。
【０００３】
微小穴５１を真空封止する際に、減圧（ＬＰ）ＣＶＤ法にて封止用薄膜を成膜すると、埋め込み性に優れ、高い信頼性が得られる。しかし、次に示すような課題も残される。
【０００４】
つまり、電気化学的なストップエッチングを用いてダイヤフラム厚さを安定して制御する、また、歩留まり良く成立させるためには、ウエハ全面に電位勾配を持たせないことが重要である。そのため、ウエハ上に配列した全チップに電位勾配が極力発生しないように、アルミ金属の配線を張り巡らすという手段を取ることが工程設計上、簡易である。
【０００５】
しかし、アルミ配線を用いた電気化学的なストップエッチング後に、前記減圧ＣＶＤによる封止を行うことができない。なぜなら、溶融温度が６００℃程度のアルミを用いる配線と、６００℃〜８００℃程度にて成膜する減圧ＣＶＤ法とは整合がとれないからである。
【０００６】
また、電気化学的なストップエッチング用のアルミ配線の形成と、ゲージ抵抗やチップ内蔵の集積回路部に対するアルミ配線の形成は、同時に同一アルミパターンマスクを用いて行うのが一般的であり、そのため、前記の減圧ＣＶＤ法による封止といった製造方法を用いることはできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、電気化学ストップエッチングを用いて空洞を形成するとともに成膜にて空洞を密閉構造とする技術として実用性の高いものとすることができる半導体圧力センサの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体圧力センサの製造方法においては、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板の表層部に、周囲の導電型とは逆導電型の不純物拡散領域を形成する。そして、前記不純物拡散領域に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、不純物拡散領域を貫通するトレンチを形成する。さらに、前記単結晶シリコン基板の表面において前記不純物拡散領域とその周囲領域の少なくともいずれか一方と電気的に接続された配線を通して前記不純物拡散領域とその周囲領域との間に電位差を生じさせながら、前記トレンチを通した異方性エッチング液の注入により前記不純物拡散領域より下側の単結晶シリコン基板のエッチングを行うとともに前記不純物拡散領域の界面部でエッチングをストップさせ、前記不純物拡散領域をダイヤフラムとする空洞を形成する。その後、前記配線を除去した後、封止用膜を成膜して前記トレンチを塞ぐ。
【０００９】
このように、配線を除去した後において、封止用膜を成膜してトレンチを塞ぐので、成膜の際の配線による不具合を回避できる。
ここで、請求項２に記載のように、ダイヤフラムに配置するゲージに対する配線を、トレンチを塞いだ後に行うようにすると、実用上好ましいものとなる。
【００１０】
請求項３に記載の半導体圧力センサの製造方法においては、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板の表層部に、周囲の導電型とは逆導電型の不純物拡散領域を形成する。そして、前記不純物拡散領域に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、不純物拡散領域を貫通するトレンチを形成する。さらに、前記単結晶シリコン基板の表面において前記不純物拡散領域とその周囲領域の少なくともいずれか一方と電気的に接続され、かつ封止用膜の成膜温度よりも高い融点の金属よりなる配線を通して前記不純物拡散領域とその周囲領域との間に電位差を生じさせながら、前記トレンチを通した異方性エッチング液の注入により前記不純物拡散領域より下側の単結晶シリコン基板のエッチングを行うとともに前記不純物拡散領域の界面部でエッチングをストップさせ、前記不純物拡散領域をダイヤフラムとする空洞を形成する。その後、封止用膜を成膜して前記トレンチを塞ぐ。
【００１１】
このように、配線として封止用膜の成膜温度よりも高い融点の金属（高融点金属）を用いて電気化学ストップエッチングが行われ、その後に、封止用膜を成膜してトレンチを塞ぐので、成膜の際の配線による不具合を回避できる。
【００１２】
ここで、請求項４に記載のように、封止用膜の成膜は減圧ＣＶＤ法によるものとすると、実用上好ましいものになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態における半導体圧力センサを示すものであり、上側には平面を、下側にはそのＡ−Ａ断面を示す。より詳しくは、ウエハ状態から各チップにダイシングを行った後の状態を示す。なお、上側の平面図は、説明を分かりやすくするためにＡ−Ａ断面図でのトレンチエッチングマスク６および封止部材１０を削除した状態で示す。
【００１４】
シリコン基板１の上には、埋込酸化膜（貼合わせ酸化膜）２を介してＮ型シリコン基板３が貼り合わされている。このシリコン基板３は厚さが１５μｍ程度に薄膜化され、ＳＯＩ層を構成している。シリコン基板３として、表面の面方位が（１００）面のシリコン基板を用いている。ＳＯＩ層３の中央部において、表層部には深いＰウエル領域４と浅いＮウエル領域５との二重拡散領域が形成されている。この二重拡散領域４，５の平面形状は四角形状をなしている。
【００１５】
ＳＯＩ層３の上にはトレンチエッチングマスク６が形成され、トレンチエッチングマスク６は多数の透孔８を有する。ＳＯＩ層３におけるＮウエル領域５には透孔８と同形同寸法の貫通孔９が形成されている。ＳＯＩ層３におけるＮウエル領域５と埋込酸化膜２との間には、空洞７が形成されている。この空洞７は前述の透孔８および貫通孔９を通してエッチング液を導入することによりシリコンの異方性エッチングにより形成したものであり、より詳しくはＰウエル領域４とＮウエル領域５との界面でエッチングを停止する、いわゆる電気化学的なストップエッチングにて形成したものである。透孔８および貫通孔９の１箇の形状としては、四角形状をなし、各透孔８および貫通孔９の全体の配置としては、単結晶シリコン基板３の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に所定の間隔をおいて並設されている。
【００１６】
空洞７は、平面形状として四角形状をなし、縦断面形状としては、深さ方向における所定位置が最も幅が広く、その上側と下側は徐々に狭くなっている。このように、空洞７は、その上面がＰＮ界面部で形成され、下面が埋込酸化膜２で形成され、側壁７ａが「く」の字状になっている。
【００１７】
空洞７の上のＮウエル領域５にてダイヤフラム１１が形成されている。また、透孔８および貫通孔９は封止部材１０にて塞がれ、空洞７の内部は真空となっている。このようにして、空洞７の内部が真空室となり、絶対圧センサにおける基準圧力室となっている。
【００１８】
ダイヤフラム１１を構成するＮウエル領域５には、ゲージ抵抗としての４つのＰ型不純物拡散領域（ピエゾ抵抗素子）１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形成されている。この４つのゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄにてホイートストーンブリッジが構成されている。
【００１９】
図１に示すセンサチップにおいて、ダイヤフラム１１よりも外周側には集積回路部１３が形成され、集積回路部１３において前記ホイートストーンブリッジの出力信号の増幅等が行われる。また、センサチップの周辺部には多数のボンディングパッド１４が設けられ、このパッド１４により所定の電位の印加や信号の取り出し等が行われる。
【００２０】
次に、このように構成した半導体圧力センサの製造方法を、図２〜図１０を用いて説明する。
まず、図２に示すように、シリコン基板１の上に、埋込酸化膜（貼合わせ酸化膜）２を介して表面の面方位が（１００）面のＮ型単結晶シリコン基板３を貼合わせる。さらに、シリコン基板３を研磨等により厚さ１５μｍ程度に薄膜化する。そして、このＳＯＩウエハのＳＯＩ層３に対しその表層部にＰウエル領域４とＮウエル領域５との二重拡散領域を形成する。Ｐウエル領域４とＮウエル領域５は、一般的な半導体製造方法であるホトリソグラフィー、イオン打ち込み、拡散等を用いて形成する。
【００２１】
そして、ＳＯＩウエハのＳＯＩ層３に対し、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄおよび集積回路部１３（図１参照）を一般的な半導体製造方法にて形成する。但し、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄおよび集積回路部１３に対する配線の形成はここでは行わず後工程とする。
【００２２】
引き続き、図３に示すように、ＳＯＩ層３の上に、トレンチエッチングマスクとしての酸化膜６を成膜するとともに必要箇所にコンタクトホールを形成し、その上にアルミ配線２０，２１をパターニングする。アルミ配線２０はＮウエル領域５と電気的に接続され、アルミ配線２１はＰウエル領域４と電気的に接続される。このアルミ配線２０，２１は後工程の表面からの電気化学的なストップエッチングを実施するために必要となるものである。このように、アルミ配線２０，２１にてＰウエル領域４及びＮウエル領域５にそれぞれに電圧印加が可能となる。
【００２３】
そして、図４に示すように、アルミ配線２０，２１の上に保護膜２２を形成する。この膜２２は、後工程の表面からの電気化学的なストップエッチングを実施する際、アルミ配線２０，２１がエッチングされないように保護するためのものである。表面保護膜２２はＳｉＮ系膜、ＳｉＯ2 系膜を用いる。
【００２４】
引き続き、図５に示すように、酸化膜（マスク材）６と保護膜２２に対し、ドライエッチングにてパターニングを行い、透孔（微小穴）２３を形成する。詳しくは、図１１に示すように、四角形状の透孔２３をＸ字状（あるいは十字状）に並べる。つまり、透孔２３を、単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に所定の間隔をおいて並設する。なお、透孔（微小穴）２３の縦横寸法は数μｍ程度である。
【００２５】
そして、図６に示すように、一般的なホトリソグラフィーを用いて保護膜２２に対しパターニングし、エッチングして保護膜２２における所定領域２４，２５を開口させる。これにより、後工程の表面からの電気化学的なストップエッチングを実施する際、開口部２４，２５から露出するアルミ配線２０，２１に電圧を印加することができるようになる。
【００２６】
さらに、図７に示すように、ＳＯＩ層３に対しトレンチエッチングを行い、埋込酸化膜２に達するトレンチ２６を形成する。エッチング方法は一般的なシリコンのドライエッチングを用いる。例えば、図１２にて実線で示すように基板表面に対し側壁の角度がほぼ垂直となるＲＩＥ（reactive ion etching）を用いる。
【００２７】
なお、図１２にて一点鎖線で示すように、トレンチ側壁が順テーパとなるエッチング等を行ってもよい。また、トレンチ２６は必ずしも埋込酸化膜２まで到達させなくてもよい。トレンチ２６を埋込酸化膜２まで到達させるのは、隣り合うトレンチ２６の間隔を最大限に広げるためである。これについては後述する。
【００２８】
引き続き、図８に示すように、ウェットエッチング液に浸漬してトレンチ２６を通してＳＯＩ層３をエッチングし、基準圧力室となる空洞７を形成する。このエッチングを行うに際し、電気化学的なストップエッチングを用いる。これは、Ｎウエル領域５にプラスの電位を与えておき、Ｐウエル領域４に任意の電位を与える（もしくはフローティングとしておく）。これにより、ＰＮ接合部近傍までエッチングが進むと、陽極酸化膜が生成し出し、エッチングがストップする。この電気化学的なストップエッチングを用いてＮウエル領域５の界面近傍でエッチングがストップし、これにより、Ｎウエル領域５よりなるダイヤフラム１１が形成される。
【００２９】
ここで、Ｎウエル領域５の界面近傍と記述したのは、前記電気化学的なストップエッチングによる方法では、Ｎウエル領域５とＰウエル領域４のＰＮ接合部で両ウエル領域４，５にそれぞれ空乏層が拡がりエッチングストップさせるため、Ｐウエル領域４の空乏層が拡がった部分が残るからである。残り量はウエル濃度や電圧印加条件によって異なるが、０．２〜０．３μｍ程度である。
【００３０】
空洞７の側壁７ａについてはシリコンの異方性エッチング特性により（１１１）面でストップして、「く」の字状に形成される。また、空洞７の底面は埋込酸化膜２があるので、酸化膜２でエッチングがストップして形成される。
【００３１】
エッチング液は前記表面保護膜２２との選択性を持つアルカリ系エッチング液を用いる。具体的には、例えばＫＯＨを用いたり、あるいは、表面回路や製造装置の汚染を懸念する場合はＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等を用いる。
【００３２】
引き続き、図９に示すように、後工程の真空封止前に電気化学的なストップエッチング用アルミ配線２０，２１を除去する。詳しくは、まず、表面保護膜２２をドライエッチングにより除去し、次に、アルミ配線２０，２１をドライ、もしくは、ウェットエッチングにて除去する。
【００３３】
そして、図１０に示すように、封止部材１０となる膜を減圧ＣＶＤ法を用いて成膜し、パターニングを施して、各トレンチ２６を塞いで真空封止し空洞７の内部を基準圧力室とする。具体的には、封止膜１０としてはポリシリコン膜やＳｉＯ2 系膜等を用いる。また、封止膜１０のデポジション厚さはトレンチ２６の穴径の半分強以上である。例えば、穴径が２μｍであれば封止膜１０のデポジション厚さは１μｍ強以上である。また、埋め込み性に優れた減圧ＣＶＤを用いてトレンチ２６を塞ぐことにより、空洞７の内壁面にも封止膜１０が付着する。
【００３４】
その後、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄと集積回路部１３に対するアルミ配線（図示せず）を形成する。最後に、表面保護膜（図示せず）を形成する。このようにして、図１に示すセンサが製造される。
【００３５】
このようにして、電気化学ストップエッチングによる厚さ精度の良いダイヤフラムを備え、かつ、センシング部の基準圧力室は埋め込み性の良い減圧（ＬＰ）ＣＶＤ法を用いた薄膜にて真空封止可能となるため、高い信頼性を得ることができる。
【００３６】
次に、図１３，１４に示すように、Ｎウエル領域５の下におけるシリコン層４，３にトレンチ２６を形成する製造方法と、図１５，１６に示すようにトレンチ２６を形成しない製造方法とを比較して、トレンチ２６を形成することの優位性について述べる。ここで、図１３，１４の図面スケールと図１５，１６の図面スケールは等しくなっている。
【００３７】
比較例である図１５においてＳＯＩ層（貼り合わせ基板）３のＮウエル領域５をパターン化し、図１６に示すようにＰウエル領域４およびその下のＳＯＩ層３をエッチングする。このとき、Ｎウエル領域５での貫通孔９の間隔Ｗは所定の値とする。この場合には、（１１１）面よりなる逆四角錐１７が形成された状態でエッチングが停止してしまう。即ち、貫通孔９の間隔Ｗについては、単純にマスクパターンのみの場合は角形の貫通孔９の角にて形成される菱形での対角線の長さａ’よりもＷ値が小さくないと、隣接する逆四角錐１７がつながらずエッチングが進行しない。
【００３８】
これに対し、図１３においてＰウエル領域４を貫通し埋込酸化膜２に達するトレンチ２６を形成する。このとき、トレンチ２６の間隔Ｗは、図１６の場合と等しい値とする。この状態から、図１４に示すようにシリコンの異方性エッチングを行う。このエッチングの進行に伴い断面形状として菱形の空洞１６が形成され、隣接する菱形の空洞１６同士が所定の深さにおいて先端面同士が連通する（繋がる）。以後、エッチングが継続して行われ、基準圧力室となる空洞７を形成することができる。
【００３９】
この場合、図１３のトレンチ２６の深さ、トレンチ２６の径および間隔について言及すると、トレンチ２６の径を「ａ」とし、トレンチ２６の間隔（ピッチ）を「Ｗ」とし、トレンチ２６の深さを「Ｄ」とすると、
Ｗ＝ａ＋２Ｄ
を満足させると、図１４のように、菱形の空洞１６の先端部同士を連通させることができることとなる。例えば、Ｄ＝１０μｍとし、ａ＝５μｍならば、Ｗ＝２５μｍとすればよい。
【００４０】
換言すれば、図１７に示す本方式と図１８に示す比較例から分かるように、シリコンエッチングの初期において図１６の逆四角錐１７同士が連通する、また、図１４の空洞１６同士が連通するように図１１のマスク６の透孔２３の位置を決めると、比較例では透孔２３のピッチＷを狭くする必要があり、同じ面積の基準圧力室を製作するための透孔２３の個数は多くなってしまう。これに対し、本実施形態のように図１３のトレンチ形成を行うことにより、同じ面積の基準圧力室を製作するためのマスク６の透孔２３の個数を少なくできる。
【００４１】
また、トレンチ加工を埋込酸化膜２まで到達させたことでトレンチ２６の間隔を最大限に広げることができ、そして、図１７に示すように、図１４の如く空洞１６の先端部同士を連通させた後においては（３１１）面の角落ちが進み、最終的にはエッチングストップして前述した空洞（基準圧力室）７が形成される。
【００４２】
このように半導体圧力センサを製造すれば、隣接する透孔８の間隔を広く取ることが可能となり、センシング特性に悪影響を及ぼす封止部材１０を削減できる。その結果、封止形状の不安定要素も減少してセンシング特性をより向上させることが可能となる。
【００４３】
なお、これまでの説明においては図１，１１に示す如くトレンチ（９，２３）は四角をなすものを所定の間隔をおいて並設したが、連続的に延びるものとしてもよい。即ち、図７でのトレンチ２６として、シリコン基板３の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に断続的に延びるトレンチとしたが、連続的に延びるトレンチ２６としてもよい。
【００４４】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図２に示すように、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板３の表層部に、深いＰウエル領域４と浅いＮウエル領域５との二重拡散領域を形成し、周囲の導電型とは逆導電型のＮウエル領域５を形成する。そして、図７に示すように、Ｎウエル領域５に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、Ｎウエル領域５を貫通するトレンチ２６を形成する。さらに、図８に示すように、単結晶シリコン基板３の表面においてＮウエル領域５とその周囲領域であるＰウエル領域４の少なくともいずれか一方と電気的に接続されたアルミ配線２０，２１を通してＮウエル領域５とＰウエル領域４との間に電位差を生じさせながら、トレンチ２６を通した異方性エッチング液の注入によりＮウエル領域５より下側の単結晶シリコン基板３のエッチングを行うとともにＮウエル領域５の界面部でエッチングをストップさせ、Ｎウエル領域５をダイヤフラムとする空洞７を形成する。さらに、図９に示すように、アルミ配線２０，２１を除去した後、図１０に示すように、封止用膜１０を減圧ＣＶＤ法により成膜してトレンチ２６を塞ぐ。
【００４５】
このように、アルミ配線２０，２１を除去した後において、封止用膜１０を成膜してトレンチ２６を塞ぐので、成膜の際のアルミ配線２０，２１による不具合を回避できる。
（ロ）ダイヤフラムに配置するゲージ１２ａ〜１２ｄに対する配線を、トレンチ２６を塞いだ後に行うようにしたので、実用上好ましいものとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４６】
図１９〜図２６には、本実施形態における半導体圧力センサの製造工程を示す。
本実施形態は、トレンチを塞ぐ前に、電気化学的なストップエッチング用金属配線を形成し、第１の実施実施とは異なり、除去しない製造方法の例である。
【００４７】
以下、詳しく説明する。
まず、図１９に示すように、シリコン基板１の上に酸化膜２を介してシリコン基板３を貼合わせ、シリコン基板３を研磨等により薄膜化する。そして、ＳＯＩウエハのＳＯＩ層３の表層部にＰウエル領域４とＮウエル領域５を形成する。そして、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄおよび集積回路部１３を形成する。
【００４８】
引き続き、図２０に示すように、ＳＯＩ層３の上に酸化膜６を成膜するとともに必要箇所にコンタクトホールを形成し、その上に電気化学的なストップエッチング用金属配線３０，３１をパターニングする。このとき、電気化学的なストップエッチング用金属配線３０，３１は第１の実施形態ではアルミを用いたが、ここでは、封止用膜１０の成膜温度（デポ温度）よりも高い融点の金属よりなる配線を使用する。具体的には、例えば一般的な半導体にて用いられる種々のバリアメタル、例えばＴｉＷ等である。このように、封止膜１０のデポ温度より融点の高い金属配線とすることにより第１の実施形態のように電気化学ストップエッチングを行うための配線を除去する必要はなくなる。
【００４９】
そして、図２１に示すように、高融点金属配線３０，３１の上に保護膜２２を形成する。具体的には保護膜２２としてＳｉＮ系膜やＳｉＯ2 系膜を用いる。
引き続き、図２２に示すように、マスク材６と保護膜２２に対しドライエッチングにてパターニングして透孔２３を形成する。そして、図２３に示すように、一般的なホトリソグラフィーを用いて保護膜２２に対しエッチングを行い保護膜２２における所定領域２４，２５を開口させる。さらに、図２４に示すように、ＳＯＩ層３に対しトレンチエッチングを行い埋込酸化膜２に達するトレンチ２６を形成する。
【００５０】
その後、図２５に示すように、ウェットエッチング液に浸漬してトレンチ２６を通してＳＯＩ層３をエッチングし、基準圧力室となる空洞７を形成する。このとき、電気化学的なストップエッチングを用いる。つまり、Ｎウエル領域５にプラスの電位を、また、Ｐウエル領域４に任意の電位を与える（もしくはフローティングとしておく）ことにより、ＰＮ接合部近傍でエッチングをストップさせる。
【００５１】
引き続き、図２６に示すように、封止部材１０となる膜を減圧ＣＶＤ法を用いて成膜し、パターンニングを施して各トレンチ２６を塞ぎ、真空封止する。さらに、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄと集積回路部１３に対するアルミ配線（図示せず）を形成する。最後に、表面保護膜（図示せず）を形成する。
【００５２】
このようにして半導体センサを製造すれば、電気化学的なストップエッチングによる厚さ精度の良いダイヤフラム１１を備え、かつ、基準圧力室となる空洞７は埋め込み性の良い減圧（ＬＰ）ＣＶＤ法を用いた薄膜にて真空封止可能となる。
【００５３】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図１９に示すように、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板３の表層部に、深いＰウエル領域４と浅いＮウエル領域５との二重拡散領域を形成し、周囲の導電型とは逆導電型のＮウエル領域５を形成する。そして、図２４に示すように、Ｎウエル領域５に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、Ｎウエル領域５を貫通するトレンチ２６を形成する。さらに、図２５に示すように、単結晶シリコン基板３の表面においてＮウエル領域５とＰウエル領域４の少なくともいずれか一方と電気的に接続され、かつ封止用膜１０の成膜温度よりも高い融点の金属よりなる配線３０，３１を通してＮウエル領域５とＰウエル領域４との間に電位差を生じさせながら、トレンチ２６を通した異方性エッチング液の注入によりＮウエル領域５より下側の単結晶シリコン基板３のエッチングを行うとともにＮウエル領域５の界面部でエッチングをストップさせ、Ｎウエル領域５をダイヤフラムとする空洞７を形成する。そして、図２６に示すように、封止用膜１０を減圧ＣＶＤ法により成膜してトレンチ２６を塞ぐ。
【００５４】
よって、配線３０，３１として封止用膜の成膜温度よりも高い融点の金属（高融点金属）を用いて電気化学ストップエッチングが行われ、その後に、封止用膜１０を成膜してトレンチ２６を塞ぐので、成膜の際の配線による不具合を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態における半導体圧力センサを示す図。
【図２】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図３】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図４】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図５】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図６】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図７】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図８】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図９】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１０】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１１】 マスクパターンを示す平面図。
【図１２】 製造工程を説明するための断面図
【図１３】 製造工程を説明するための断面図。
【図１４】 製造工程を説明するための説明図。
【図１５】 比較例での製造工程を説明するための断面図。
【図１６】 比較例での製造工程を説明するための説明図。
【図１７】 製造工程を説明するための説明図。
【図１８】 比較例での製造工程を説明するための説明図。
【図１９】 第２の実施形態での半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２０】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２１】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２２】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２３】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２４】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２５】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２６】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２７】 先行技術での半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…埋込酸化膜、３…ＳＯＩ層、４…Ｐウエル領域、５…Ｎウエル領域、７…空洞、９…貫通孔、１０…封止部材、１１…ダイヤフラム、１２ａ〜１２ｄ…ゲージ抵抗、２０…アルミ配線、２１…アルミ配線、２６…トレンチ、３０…高融点金属配線、３１…高融点金属配線。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体圧力センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体センサチップの小型化、高精度化に伴い、センシング部であるダイヤフラムの小型・薄肉化、高精度化が進んでいる。出願人は、特願平９−２９５６７８号において基準圧力室を内蔵した小型・薄肉ダイヤフラムを有するセンサの製造方法を提案している。その一つとして、図２７に示すように、シリコン基板５０の表面にＸ字状または十字状に配列した微小穴５１からのシリコン異方性エッチングを行うとともに、シリコン基板５０の表層部に形成した二重拡散領域の各領域５２，５３間に電位差を生じさせて電気化学的なストップエッチングを行い、基準圧力室となる空洞５４を形成し、その後、微小穴５１を真空封止してセンシング部としている。
【０００３】
微小穴５１を真空封止する際に、減圧（ＬＰ）ＣＶＤ法にて封止用薄膜を成膜すると、埋め込み性に優れ、高い信頼性が得られる。しかし、次に示すような課題も残される。
【０００４】
つまり、電気化学的なストップエッチングを用いてダイヤフラム厚さを安定して制御する、また、歩留まり良く成立させるためには、ウエハ全面に電位勾配を持たせないことが重要である。そのため、ウエハ上に配列した全チップに電位勾配が極力発生しないように、アルミ金属の配線を張り巡らすという手段を取ることが工程設計上、簡易である。
【０００５】
しかし、アルミ配線を用いた電気化学的なストップエッチング後に、前記減圧ＣＶＤによる封止を行うことができない。なぜなら、溶融温度が６００℃程度のアルミを用いる配線と、６００℃〜８００℃程度にて成膜する減圧ＣＶＤ法とは整合がとれないからである。
【０００６】
また、電気化学的なストップエッチング用のアルミ配線の形成と、ゲージ抵抗やチップ内蔵の集積回路部に対するアルミ配線の形成は、同時に同一アルミパターンマスクを用いて行うのが一般的であり、そのため、前記の減圧ＣＶＤ法による封止といった製造方法を用いることはできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、電気化学ストップエッチングを用いて空洞を形成するとともに成膜にて空洞を密閉構造とする技術として実用性の高いものとすることができる半導体圧力センサの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体圧力センサの製造方法においては、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板の表層部に、周囲の導電型とは逆導電型の不純物拡散領域を形成する。そして、前記不純物拡散領域に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、不純物拡散領域を貫通するトレンチを形成する。さらに、前記単結晶シリコン基板の表面において前記不純物拡散領域とその周囲領域の少なくともいずれか一方と電気的に接続された配線を通して前記不純物拡散領域とその周囲領域との間に電位差を生じさせながら、前記トレンチを通した異方性エッチング液の注入により前記不純物拡散領域より下側の単結晶シリコン基板のエッチングを行うとともに前記不純物拡散領域の界面部でエッチングをストップさせ、前記不純物拡散領域をダイヤフラムとする空洞を形成する。その後、前記配線を除去した後、封止用膜を成膜して前記トレンチを塞ぐ。
【０００９】
このように、配線を除去した後において、封止用膜を成膜してトレンチを塞ぐので、成膜の際の配線による不具合を回避できる。
ここで、請求項２に記載のように、ダイヤフラムに配置するゲージに対する配線を、トレンチを塞いだ後に行うようにすると、実用上好ましいものとなる。
【００１０】
請求項３に記載の半導体圧力センサの製造方法においては、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板の表層部に、周囲の導電型とは逆導電型の不純物拡散領域を形成する。そして、前記不純物拡散領域に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、不純物拡散領域を貫通するトレンチを形成する。さらに、前記単結晶シリコン基板の表面において前記不純物拡散領域とその周囲領域の少なくともいずれか一方と電気的に接続され、かつ封止用膜の成膜温度よりも高い融点の金属よりなる配線を通して前記不純物拡散領域とその周囲領域との間に電位差を生じさせながら、前記トレンチを通した異方性エッチング液の注入により前記不純物拡散領域より下側の単結晶シリコン基板のエッチングを行うとともに前記不純物拡散領域の界面部でエッチングをストップさせ、前記不純物拡散領域をダイヤフラムとする空洞を形成する。その後、封止用膜を成膜して前記トレンチを塞ぐ。
【００１１】
このように、配線として封止用膜の成膜温度よりも高い融点の金属（高融点金属）を用いて電気化学ストップエッチングが行われ、その後に、封止用膜を成膜してトレンチを塞ぐので、成膜の際の配線による不具合を回避できる。
【００１２】
ここで、請求項４に記載のように、封止用膜の成膜は減圧ＣＶＤ法によるものとすると、実用上好ましいものになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態における半導体圧力センサを示すものであり、上側には平面を、下側にはそのＡ−Ａ断面を示す。より詳しくは、ウエハ状態から各チップにダイシングを行った後の状態を示す。なお、上側の平面図は、説明を分かりやすくするためにＡ−Ａ断面図でのトレンチエッチングマスク６および封止部材１０を削除した状態で示す。
【００１４】
シリコン基板１の上には、埋込酸化膜（貼合わせ酸化膜）２を介してＮ型シリコン基板３が貼り合わされている。このシリコン基板３は厚さが１５μｍ程度に薄膜化され、ＳＯＩ層を構成している。シリコン基板３として、表面の面方位が（１００）面のシリコン基板を用いている。ＳＯＩ層３の中央部において、表層部には深いＰウエル領域４と浅いＮウエル領域５との二重拡散領域が形成されている。この二重拡散領域４，５の平面形状は四角形状をなしている。
【００１５】
ＳＯＩ層３の上にはトレンチエッチングマスク６が形成され、トレンチエッチングマスク６は多数の透孔８を有する。ＳＯＩ層３におけるＮウエル領域５には透孔８と同形同寸法の貫通孔９が形成されている。ＳＯＩ層３におけるＮウエル領域５と埋込酸化膜２との間には、空洞７が形成されている。この空洞７は前述の透孔８および貫通孔９を通してエッチング液を導入することによりシリコンの異方性エッチングにより形成したものであり、より詳しくはＰウエル領域４とＮウエル領域５との界面でエッチングを停止する、いわゆる電気化学的なストップエッチングにて形成したものである。透孔８および貫通孔９の１箇の形状としては、四角形状をなし、各透孔８および貫通孔９の全体の配置としては、単結晶シリコン基板３の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に所定の間隔をおいて並設されている。
【００１６】
空洞７は、平面形状として四角形状をなし、縦断面形状としては、深さ方向における所定位置が最も幅が広く、その上側と下側は徐々に狭くなっている。このように、空洞７は、その上面がＰＮ界面部で形成され、下面が埋込酸化膜２で形成され、側壁７ａが「く」の字状になっている。
【００１７】
空洞７の上のＮウエル領域５にてダイヤフラム１１が形成されている。また、透孔８および貫通孔９は封止部材１０にて塞がれ、空洞７の内部は真空となっている。このようにして、空洞７の内部が真空室となり、絶対圧センサにおける基準圧力室となっている。
【００１８】
ダイヤフラム１１を構成するＮウエル領域５には、ゲージ抵抗としての４つのＰ型不純物拡散領域（ピエゾ抵抗素子）１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが形成されている。この４つのゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄにてホイートストーンブリッジが構成されている。
【００１９】
図１に示すセンサチップにおいて、ダイヤフラム１１よりも外周側には集積回路部１３が形成され、集積回路部１３において前記ホイートストーンブリッジの出力信号の増幅等が行われる。また、センサチップの周辺部には多数のボンディングパッド１４が設けられ、このパッド１４により所定の電位の印加や信号の取り出し等が行われる。
【００２０】
次に、このように構成した半導体圧力センサの製造方法を、図２〜図１０を用いて説明する。
まず、図２に示すように、シリコン基板１の上に、埋込酸化膜（貼合わせ酸化膜）２を介して表面の面方位が（１００）面のＮ型単結晶シリコン基板３を貼合わせる。さらに、シリコン基板３を研磨等により厚さ１５μｍ程度に薄膜化する。そして、このＳＯＩウエハのＳＯＩ層３に対しその表層部にＰウエル領域４とＮウエル領域５との二重拡散領域を形成する。Ｐウエル領域４とＮウエル領域５は、一般的な半導体製造方法であるホトリソグラフィー、イオン打ち込み、拡散等を用いて形成する。
【００２１】
そして、ＳＯＩウエハのＳＯＩ層３に対し、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄおよび集積回路部１３（図１参照）を一般的な半導体製造方法にて形成する。但し、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄおよび集積回路部１３に対する配線の形成はここでは行わず後工程とする。
【００２２】
引き続き、図３に示すように、ＳＯＩ層３の上に、トレンチエッチングマスクとしての酸化膜６を成膜するとともに必要箇所にコンタクトホールを形成し、その上にアルミ配線２０，２１をパターニングする。アルミ配線２０はＮウエル領域５と電気的に接続され、アルミ配線２１はＰウエル領域４と電気的に接続される。このアルミ配線２０，２１は後工程の表面からの電気化学的なストップエッチングを実施するために必要となるものである。このように、アルミ配線２０，２１にてＰウエル領域４及びＮウエル領域５にそれぞれに電圧印加が可能となる。
【００２３】
そして、図４に示すように、アルミ配線２０，２１の上に保護膜２２を形成する。この膜２２は、後工程の表面からの電気化学的なストップエッチングを実施する際、アルミ配線２０，２１がエッチングされないように保護するためのものである。表面保護膜２２はＳｉＮ系膜、ＳｉＯ2 系膜を用いる。
【００２４】
引き続き、図５に示すように、酸化膜（マスク材）６と保護膜２２に対し、ドライエッチングにてパターニングを行い、透孔（微小穴）２３を形成する。詳しくは、図１１に示すように、四角形状の透孔２３をＸ字状（あるいは十字状）に並べる。つまり、透孔２３を、単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に所定の間隔をおいて並設する。なお、透孔（微小穴）２３の縦横寸法は数μｍ程度である。
【００２５】
そして、図６に示すように、一般的なホトリソグラフィーを用いて保護膜２２に対しパターニングし、エッチングして保護膜２２における所定領域２４，２５を開口させる。これにより、後工程の表面からの電気化学的なストップエッチングを実施する際、開口部２４，２５から露出するアルミ配線２０，２１に電圧を印加することができるようになる。
【００２６】
さらに、図７に示すように、ＳＯＩ層３に対しトレンチエッチングを行い、埋込酸化膜２に達するトレンチ２６を形成する。エッチング方法は一般的なシリコンのドライエッチングを用いる。例えば、図１２にて実線で示すように基板表面に対し側壁の角度がほぼ垂直となるＲＩＥ（reactive ion etching）を用いる。
【００２７】
なお、図１２にて一点鎖線で示すように、トレンチ側壁が順テーパとなるエッチング等を行ってもよい。また、トレンチ２６は必ずしも埋込酸化膜２まで到達させなくてもよい。トレンチ２６を埋込酸化膜２まで到達させるのは、隣り合うトレンチ２６の間隔を最大限に広げるためである。これについては後述する。
【００２８】
引き続き、図８に示すように、ウェットエッチング液に浸漬してトレンチ２６を通してＳＯＩ層３をエッチングし、基準圧力室となる空洞７を形成する。このエッチングを行うに際し、電気化学的なストップエッチングを用いる。これは、Ｎウエル領域５にプラスの電位を与えておき、Ｐウエル領域４に任意の電位を与える（もしくはフローティングとしておく）。これにより、ＰＮ接合部近傍までエッチングが進むと、陽極酸化膜が生成し出し、エッチングがストップする。この電気化学的なストップエッチングを用いてＮウエル領域５の界面近傍でエッチングがストップし、これにより、Ｎウエル領域５よりなるダイヤフラム１１が形成される。
【００２９】
ここで、Ｎウエル領域５の界面近傍と記述したのは、前記電気化学的なストップエッチングによる方法では、Ｎウエル領域５とＰウエル領域４のＰＮ接合部で両ウエル領域４，５にそれぞれ空乏層が拡がりエッチングストップさせるため、Ｐウエル領域４の空乏層が拡がった部分が残るからである。残り量はウエル濃度や電圧印加条件によって異なるが、０．２〜０．３μｍ程度である。
【００３０】
空洞７の側壁７ａについてはシリコンの異方性エッチング特性により（１１１）面でストップして、「く」の字状に形成される。また、空洞７の底面は埋込酸化膜２があるので、酸化膜２でエッチングがストップして形成される。
【００３１】
エッチング液は前記表面保護膜２２との選択性を持つアルカリ系エッチング液を用いる。具体的には、例えばＫＯＨを用いたり、あるいは、表面回路や製造装置の汚染を懸念する場合はＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等を用いる。
【００３２】
引き続き、図９に示すように、後工程の真空封止前に電気化学的なストップエッチング用アルミ配線２０，２１を除去する。詳しくは、まず、表面保護膜２２をドライエッチングにより除去し、次に、アルミ配線２０，２１をドライ、もしくは、ウェットエッチングにて除去する。
【００３３】
そして、図１０に示すように、封止部材１０となる膜を減圧ＣＶＤ法を用いて成膜し、パターニングを施して、各トレンチ２６を塞いで真空封止し空洞７の内部を基準圧力室とする。具体的には、封止膜１０としてはポリシリコン膜やＳｉＯ2 系膜等を用いる。また、封止膜１０のデポジション厚さはトレンチ２６の穴径の半分強以上である。例えば、穴径が２μｍであれば封止膜１０のデポジション厚さは１μｍ強以上である。また、埋め込み性に優れた減圧ＣＶＤを用いてトレンチ２６を塞ぐことにより、空洞７の内壁面にも封止膜１０が付着する。
【００３４】
その後、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄと集積回路部１３に対するアルミ配線（図示せず）を形成する。最後に、表面保護膜（図示せず）を形成する。このようにして、図１に示すセンサが製造される。
【００３５】
このようにして、電気化学ストップエッチングによる厚さ精度の良いダイヤフラムを備え、かつ、センシング部の基準圧力室は埋め込み性の良い減圧（ＬＰ）ＣＶＤ法を用いた薄膜にて真空封止可能となるため、高い信頼性を得ることができる。
【００３６】
次に、図１３，１４に示すように、Ｎウエル領域５の下におけるシリコン層４，３にトレンチ２６を形成する製造方法と、図１５，１６に示すようにトレンチ２６を形成しない製造方法とを比較して、トレンチ２６を形成することの優位性について述べる。ここで、図１３，１４の図面スケールと図１５，１６の図面スケールは等しくなっている。
【００３７】
比較例である図１５においてＳＯＩ層（貼り合わせ基板）３のＮウエル領域５をパターン化し、図１６に示すようにＰウエル領域４およびその下のＳＯＩ層３をエッチングする。このとき、Ｎウエル領域５での貫通孔９の間隔Ｗは所定の値とする。この場合には、（１１１）面よりなる逆四角錐１７が形成された状態でエッチングが停止してしまう。即ち、貫通孔９の間隔Ｗについては、単純にマスクパターンのみの場合は角形の貫通孔９の角にて形成される菱形での対角線の長さａ’よりもＷ値が小さくないと、隣接する逆四角錐１７がつながらずエッチングが進行しない。
【００３８】
これに対し、図１３においてＰウエル領域４を貫通し埋込酸化膜２に達するトレンチ２６を形成する。このとき、トレンチ２６の間隔Ｗは、図１６の場合と等しい値とする。この状態から、図１４に示すようにシリコンの異方性エッチングを行う。このエッチングの進行に伴い断面形状として菱形の空洞１６が形成され、隣接する菱形の空洞１６同士が所定の深さにおいて先端面同士が連通する（繋がる）。以後、エッチングが継続して行われ、基準圧力室となる空洞７を形成することができる。
【００３９】
この場合、図１３のトレンチ２６の深さ、トレンチ２６の径および間隔について言及すると、トレンチ２６の径を「ａ」とし、トレンチ２６の間隔（ピッチ）を「Ｗ」とし、トレンチ２６の深さを「Ｄ」とすると、
Ｗ＝ａ＋２Ｄ
を満足させると、図１４のように、菱形の空洞１６の先端部同士を連通させることができることとなる。例えば、Ｄ＝１０μｍとし、ａ＝５μｍならば、Ｗ＝２５μｍとすればよい。
【００４０】
換言すれば、図１７に示す本方式と図１８に示す比較例から分かるように、シリコンエッチングの初期において図１６の逆四角錐１７同士が連通する、また、図１４の空洞１６同士が連通するように図１１のマスク６の透孔２３の位置を決めると、比較例では透孔２３のピッチＷを狭くする必要があり、同じ面積の基準圧力室を製作するための透孔２３の個数は多くなってしまう。これに対し、本実施形態のように図１３のトレンチ形成を行うことにより、同じ面積の基準圧力室を製作するためのマスク６の透孔２３の個数を少なくできる。
【００４１】
また、トレンチ加工を埋込酸化膜２まで到達させたことでトレンチ２６の間隔を最大限に広げることができ、そして、図１７に示すように、図１４の如く空洞１６の先端部同士を連通させた後においては（３１１）面の角落ちが進み、最終的にはエッチングストップして前述した空洞（基準圧力室）７が形成される。
【００４２】
このように半導体圧力センサを製造すれば、隣接する透孔８の間隔を広く取ることが可能となり、センシング特性に悪影響を及ぼす封止部材１０を削減できる。その結果、封止形状の不安定要素も減少してセンシング特性をより向上させることが可能となる。
【００４３】
なお、これまでの説明においては図１，１１に示す如くトレンチ（９，２３）は四角をなすものを所定の間隔をおいて並設したが、連続的に延びるものとしてもよい。即ち、図７でのトレンチ２６として、シリコン基板３の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に断続的に延びるトレンチとしたが、連続的に延びるトレンチ２６としてもよい。
【００４４】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図２に示すように、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板３の表層部に、深いＰウエル領域４と浅いＮウエル領域５との二重拡散領域を形成し、周囲の導電型とは逆導電型のＮウエル領域５を形成する。そして、図７に示すように、Ｎウエル領域５に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、Ｎウエル領域５を貫通するトレンチ２６を形成する。さらに、図８に示すように、単結晶シリコン基板３の表面においてＮウエル領域５とその周囲領域であるＰウエル領域４の少なくともいずれか一方と電気的に接続されたアルミ配線２０，２１を通してＮウエル領域５とＰウエル領域４との間に電位差を生じさせながら、トレンチ２６を通した異方性エッチング液の注入によりＮウエル領域５より下側の単結晶シリコン基板３のエッチングを行うとともにＮウエル領域５の界面部でエッチングをストップさせ、Ｎウエル領域５をダイヤフラムとする空洞７を形成する。さらに、図９に示すように、アルミ配線２０，２１を除去した後、図１０に示すように、封止用膜１０を減圧ＣＶＤ法により成膜してトレンチ２６を塞ぐ。
【００４５】
このように、アルミ配線２０，２１を除去した後において、封止用膜１０を成膜してトレンチ２６を塞ぐので、成膜の際のアルミ配線２０，２１による不具合を回避できる。
（ロ）ダイヤフラムに配置するゲージ１２ａ〜１２ｄに対する配線を、トレンチ２６を塞いだ後に行うようにしたので、実用上好ましいものとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４６】
図１９〜図２６には、本実施形態における半導体圧力センサの製造工程を示す。
本実施形態は、トレンチを塞ぐ前に、電気化学的なストップエッチング用金属配線を形成し、第１の実施実施とは異なり、除去しない製造方法の例である。
【００４７】
以下、詳しく説明する。
まず、図１９に示すように、シリコン基板１の上に酸化膜２を介してシリコン基板３を貼合わせ、シリコン基板３を研磨等により薄膜化する。そして、ＳＯＩウエハのＳＯＩ層３の表層部にＰウエル領域４とＮウエル領域５を形成する。そして、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄおよび集積回路部１３を形成する。
【００４８】
引き続き、図２０に示すように、ＳＯＩ層３の上に酸化膜６を成膜するとともに必要箇所にコンタクトホールを形成し、その上に電気化学的なストップエッチング用金属配線３０，３１をパターニングする。このとき、電気化学的なストップエッチング用金属配線３０，３１は第１の実施形態ではアルミを用いたが、ここでは、封止用膜１０の成膜温度（デポ温度）よりも高い融点の金属よりなる配線を使用する。具体的には、例えば一般的な半導体にて用いられる種々のバリアメタル、例えばＴｉＷ等である。このように、封止膜１０のデポ温度より融点の高い金属配線とすることにより第１の実施形態のように電気化学ストップエッチングを行うための配線を除去する必要はなくなる。
【００４９】
そして、図２１に示すように、高融点金属配線３０，３１の上に保護膜２２を形成する。具体的には保護膜２２としてＳｉＮ系膜やＳｉＯ2 系膜を用いる。
引き続き、図２２に示すように、マスク材６と保護膜２２に対しドライエッチングにてパターニングして透孔２３を形成する。そして、図２３に示すように、一般的なホトリソグラフィーを用いて保護膜２２に対しエッチングを行い保護膜２２における所定領域２４，２５を開口させる。さらに、図２４に示すように、ＳＯＩ層３に対しトレンチエッチングを行い埋込酸化膜２に達するトレンチ２６を形成する。
【００５０】
その後、図２５に示すように、ウェットエッチング液に浸漬してトレンチ２６を通してＳＯＩ層３をエッチングし、基準圧力室となる空洞７を形成する。このとき、電気化学的なストップエッチングを用いる。つまり、Ｎウエル領域５にプラスの電位を、また、Ｐウエル領域４に任意の電位を与える（もしくはフローティングとしておく）ことにより、ＰＮ接合部近傍でエッチングをストップさせる。
【００５１】
引き続き、図２６に示すように、封止部材１０となる膜を減圧ＣＶＤ法を用いて成膜し、パターンニングを施して各トレンチ２６を塞ぎ、真空封止する。さらに、ゲージ抵抗１２ａ〜１２ｄと集積回路部１３に対するアルミ配線（図示せず）を形成する。最後に、表面保護膜（図示せず）を形成する。
【００５２】
このようにして半導体センサを製造すれば、電気化学的なストップエッチングによる厚さ精度の良いダイヤフラム１１を備え、かつ、基準圧力室となる空洞７は埋め込み性の良い減圧（ＬＰ）ＣＶＤ法を用いた薄膜にて真空封止可能となる。
【００５３】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）図１９に示すように、表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板３の表層部に、深いＰウエル領域４と浅いＮウエル領域５との二重拡散領域を形成し、周囲の導電型とは逆導電型のＮウエル領域５を形成する。そして、図２４に示すように、Ｎウエル領域５に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、Ｎウエル領域５を貫通するトレンチ２６を形成する。さらに、図２５に示すように、単結晶シリコン基板３の表面においてＮウエル領域５とＰウエル領域４の少なくともいずれか一方と電気的に接続され、かつ封止用膜１０の成膜温度よりも高い融点の金属よりなる配線３０，３１を通してＮウエル領域５とＰウエル領域４との間に電位差を生じさせながら、トレンチ２６を通した異方性エッチング液の注入によりＮウエル領域５より下側の単結晶シリコン基板３のエッチングを行うとともにＮウエル領域５の界面部でエッチングをストップさせ、Ｎウエル領域５をダイヤフラムとする空洞７を形成する。そして、図２６に示すように、封止用膜１０を減圧ＣＶＤ法により成膜してトレンチ２６を塞ぐ。
【００５４】
よって、配線３０，３１として封止用膜の成膜温度よりも高い融点の金属（高融点金属）を用いて電気化学ストップエッチングが行われ、その後に、封止用膜１０を成膜してトレンチ２６を塞ぐので、成膜の際の配線による不具合を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態における半導体圧力センサを示す図。
【図２】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図３】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図４】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図５】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図６】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図７】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図８】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図９】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１０】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１１】 マスクパターンを示す平面図。
【図１２】 製造工程を説明するための断面図
【図１３】 製造工程を説明するための断面図。
【図１４】 製造工程を説明するための説明図。
【図１５】 比較例での製造工程を説明するための断面図。
【図１６】 比較例での製造工程を説明するための説明図。
【図１７】 製造工程を説明するための説明図。
【図１８】 比較例での製造工程を説明するための説明図。
【図１９】 第２の実施形態での半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２０】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２１】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２２】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２３】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２４】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２５】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２６】 半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２７】 先行技術での半導体圧力センサの製造工程を説明するための断面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…埋込酸化膜、３…ＳＯＩ層、４…Ｐウエル領域、５…Ｎウエル領域、７…空洞、９…貫通孔、１０…封止部材、１１…ダイヤフラム、１２ａ〜１２ｄ…ゲージ抵抗、２０…アルミ配線、２１…アルミ配線、２６…トレンチ、３０…高融点金属配線、３１…高融点金属配線。
Claims (4)
- 表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板の表層部に、周囲の導電型とは逆導電型の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記不純物拡散領域に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、不純物拡散領域を貫通するトレンチを形成する工程と、
前記単結晶シリコン基板の表面において前記不純物拡散領域とその周囲領域の少なくともいずれか一方と電気的に接続された配線を通して前記不純物拡散領域とその周囲領域との間に電位差を生じさせながら、前記トレンチを通した異方性エッチング液の注入により前記不純物拡散領域より下側の単結晶シリコン基板のエッチングを行うとともに前記不純物拡散領域の界面部でエッチングをストップさせ、前記不純物拡散領域をダイヤフラムとする空洞を形成する工程と、
前記配線を除去した後、封止用膜を成膜して前記トレンチを塞ぐ工程と、
を備えたことを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 - ダイヤフラムに配置するゲージに対する配線を、トレンチを塞いだ後に行うようにした請求項１に記載の半導体圧力センサの製造方法。
- 表面の面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板の表層部に、周囲の導電型とは逆導電型の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記不純物拡散領域に単結晶シリコン基板の＜１１０＞方向または＜１００＞方向に連続的または断続的に延び、かつ、不純物拡散領域を貫通するトレンチを形成する工程と、
前記単結晶シリコン基板の表面において前記不純物拡散領域とその周囲領域の少なくともいずれか一方と電気的に接続され、かつ封止用膜の成膜温度よりも高い融点の金属よりなる配線を通して前記不純物拡散領域とその周囲領域との間に電位差を生じさせながら、前記トレンチを通した異方性エッチング液の注入により前記不純物拡散領域より下側の単結晶シリコン基板のエッチングを行うとともに前記不純物拡散領域の界面部でエッチングをストップさせ、前記不純物拡散領域をダイヤフラムとする空洞を形成する工程と、
封止用膜を成膜して前記トレンチを塞ぐ工程と、
を備えたことを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。 - 封止用膜の成膜は減圧ＣＶＤ法によるものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22495498A JP3744218B2 (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22495498A JP3744218B2 (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000055759A JP2000055759A (ja) | 2000-02-25 |
| JP3744218B2 true JP3744218B2 (ja) | 2006-02-08 |
Family
ID=16821803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22495498A Expired - Fee Related JP3744218B2 (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3744218B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4671534B2 (ja) * | 2001-05-14 | 2011-04-20 | 株式会社豊田中央研究所 | ダイアフラム型半導体装置とその製造方法 |
| WO2004061983A1 (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 電子デバイスおよびその製造方法 |
| KR101318260B1 (ko) | 2012-03-06 | 2013-10-16 | 경북대학교 산학협력단 | 반도체 소자 및 이를 이용하는 물리 센서 |
| JP5822978B2 (ja) * | 2014-04-30 | 2015-11-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体圧力センサ |
-
1998
- 1998-08-07 JP JP22495498A patent/JP3744218B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000055759A (ja) | 2000-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5798283A (en) | Method for integrating microelectromechanical devices with electronic circuitry | |
| US7493822B2 (en) | Small gauge pressure sensor using wafer bonding and electrochemical etch stopping | |
| US5963788A (en) | Method for integrating microelectromechanical devices with electronic circuitry | |
| JP3367113B2 (ja) | 加速度センサ | |
| CN105424090B (zh) | 一种mems压阻式复合传感器及其加工方法 | |
| US6250165B1 (en) | Semiconductor physical quantity sensor | |
| JP3489309B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法および異方性エッチングマスク | |
| JP2007132942A (ja) | センサ装置およびセンサ装置を製作するための方法 | |
| JP2004505269A (ja) | マイクロマシン化された絶対圧センサ | |
| JPH02132866A (ja) | 高温環境のための機械的センサ | |
| US6518084B1 (en) | Method of producing a micromechanical structure for a micro-electromechanical element | |
| US5172205A (en) | Piezoresistive semiconductor device suitable for use in a pressure sensor | |
| WO2020248466A1 (zh) | 背孔引线式压力传感器及其制备方法 | |
| US10082438B2 (en) | Multi-sensor system and method of forming same | |
| JP4168497B2 (ja) | 半導体力学量センサの製造方法 | |
| JP3744218B2 (ja) | 半導体圧力センサの製造方法 | |
| KR20000028948A (ko) | 각속도 센서 제조방법 | |
| JP2850558B2 (ja) | 半導体圧力センサおよびその製造方法 | |
| JP3744217B2 (ja) | 半導体圧力センサの製造方法 | |
| JPS63237482A (ja) | 半導体圧力センサの製造方法 | |
| JP2864723B2 (ja) | 圧力検出器およびその製造方法 | |
| EP3299787B1 (en) | Cmos and pressure sensor integrated on a chip and fabrication method | |
| JP4120037B2 (ja) | 半導体力学量センサおよびその製造方法 | |
| JP4134367B2 (ja) | 半導体圧力センサの製造方法 | |
| JPH08181330A (ja) | 半導体センサの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040826 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051026 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051101 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051114 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091202 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091202 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101202 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111202 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |