JPH03245576A - 圧力センサの製造方法 - Google Patents

圧力センサの製造方法

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JPH03245576A
JPH03245576A JP4305790A JP4305790A JPH03245576A JP H03245576 A JPH03245576 A JP H03245576A JP 4305790 A JP4305790 A JP 4305790A JP 4305790 A JP4305790 A JP 4305790A JP H03245576 A JPH03245576 A JP H03245576A
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Yoshihisa Muramatsu
村松 義久
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体片に形成されたダイヤフラム部にゲー
ジ抵抗を有し、ダイヤフラム部の変形によって生ずるゲ
ージ抵抗の変化によって生ずる圧力を検出する圧力セン
サの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
ダイヤフラム部の変形を利用した圧力センサにおいて、
数%以下の高い圧力検出精度を得るためには、ダイヤフ
ラムの厚さは数十−にしなければならない、圧力センサ
の最近の動向としては、ダイヤフラムを形成する半導体
基板に、主要素のゲージのほかに、増幅回路、補償回路
などをICプロセスにより集積した小形、高性能センサ
へと移りつつある。ICプロセスにおいては、膜形成。
膜剥離、エツチングあるいはイオン注入等の工程で、高
熱あるいは機械的ひずみを多く受けるため、ダイヤフラ
ム形成のための凹加工は、それらの工程を終えたのち、
半導体基体の反対側から行うのが一般的である。
第2図1m1〜+61は、従来の圧力センサ製造工程を
示し、−面側にドーパントの濃度、抵抗値の異なるエッ
チストップ層11を有するシリコン板lの上に埋込層2
を介してエピタキシ中ル層3を積層し、この層に異なる
導電形のゲージ抵抗4および増幅回路、補償回路素子5
1.52を集積し、表面を配線保護膜6で覆う (第2
図+al)、次いで、反対面に酸化膜、窒化膜、金、ピ
ッチあるいはレジスト等の単体あるいは複合層からなる
マスク71.ゲージ面側に同様の材料あるいはワックス
によりはりつけられたガラス等よりなるゲージ面保護用
のマスり72を形成する (第1図(bl)、そしてぶ
つ酸1硝酸または強アルカリ等を用いたウェットエツチ
ング法で層11までのストップエツチングを行い、凹部
8を形成する (第1図(C1)、このあと、マスク7
1.72を除去し、シリコン板lの面にAu、 Cr、
 TI等よりなるメタライズ層9を被着し (第1図(
d))、同様にメタライズ層9を被着した台座10の上
にはんだ12を用いて接合する (第1図1el)、凹
部8形成のためのストップエツチングには、シリコンを
陽極とし、ぶつ酸溶液を用いて陽極酸化により電解エツ
チングを行う方法もある0通常、このような凹部8は1
枚のSIウェハに複数形成し、分割して個々のセンサチ
ップを得る。
〔発明が解決しようとする課題〕
第2図に示したようにダイヤフラムを形成するための凹
部8を加工することは、通常のウェーハプロセスにおけ
るマスクバターニング等のエツチングと異なり、Slウ
ェーハ厚さに対し90%近い数百μの深いエツチングで
あるため、バターニングマスク71の材料の選定および
形成の方法が複雑であるばかりでなく、すでに形成され
たゲージ4の表面の保護にもそれ以上配慮しなければな
らない。
そのほか、エツチング停止層11の形成も事前に必要で
あり、工程の管理が容5でない、ストップエツチングに
陽極酸化による電解エツチング法を適用する場合には、
より工程が複雑になる。
さらに、ウェットエツチング法、電解エツチング法の基
本的な問題として、形成する凹部が深くなるに従い、凹
部内の発生気体の影響を受けやすいことと、凹部不均一
という問題も発生するため、凹部開口寸法の限界値が大
きく、台座との接合面が小さくなるという問題もある。
本発明の目的は、上述の問題を解決し、半導体基体の一
面から任意の開口寸法をもつ均一な深さの四部を確実に
形成してゲージ抵抗を備えた所期の厚さのダイヤフラム
部を残す圧力センサの製造方法を提供することにある。
〔!!l!題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するために、本発明は、半導体基板の
一面から不純物を導入して、ゲージ抵抗および付属集積
回路を形成したのち、基板の他面側から研削および研摩
して所定の厚さにし、次いでその面からのプラズマエツ
チングにより凹加工をし、ゲージ抵抗を備えたダイヤフ
ラム部を形成するものとする。
〔作用〕
ゲージ抵抗、付属集積回路形成のためのウェーハプロセ
ス終了後半導体基体を研削して所定の厚さに薄くするこ
とにより、−船釣なプラズマエツチング装置を用いても
、圧力が数百m Torrのプラズマエッチモード下で
、高周波電力、ガス種、ガス混合比、圧力、温度、電極
間隔等のパラメータおよびマスク形状の最適化を行うこ
とにより、等方性エツチングで形状の均一かつ再現性よ
く凹部を精度よく形成することができる。また、IC作
成のウェーハプロセスでは、不純物ゲッタリングを目的
として基板裏面にダメージエツチングが行われているた
め、その面に欠陥、が多く、凹加工時に異常エツチング
の発生のおそれがあり、また面粗度が大きいため凹部底
面の荒れが発生する。しかし、基板を薄くするための研
削により欠陥層が除去され、それにつづく研摩により面
粗度が改善されるため、プラズマエツチングによる凹底
面内の均一性が良くなる1以上の作用により、従来適用
されなかったプラズマエツチングによって圧力センサの
ダイヤフラム形成のための凹加工が可能となり、開口寸
法を小さくできるため、台座との接合面積を大きくとる
ことができる。
〔実施例〕
第1図(al〜+61は本発明の一実施例の製造工程を
示し、第2図と共通の部分には同一の符号が付されてい
る。先ず、均一な不純物濃度のシリコン板lの上に埋込
層2を介してエピタキシャル層3を積層し、この層に異
なる導電形のゲージ抵抗4および増幅回路、補償回路素
子51.52を集積し、表面を配線保護膜6で覆う (
第1図(al) 、 Si板1の裏面は不純物ゲッタリ
ングなどのために粗面工3が形成されている。このS1
1の裏面側の層14を平面研削などにより研削する (
第1図(bl)、研削後の厚さは、研削時の破損と後工
程の破損を防ぐために200μ以上にする。研削面15
は、研削により生ずる表面の歪層の除去と、台座との接
合とのため面粗度の確保と、プラズマエツチングによる
凹底面の均一性を得るため、5〜15.n程度の研摩に
より10n@rs+s以下の面粗度に仕上げる0次に、
M。
Cu、 Au等の金属あるいはStO,等を蒸着、スパ
ッタリング、CVD等により成膜し、フォトリソグラフ
ィ等により所望のパターンのプラズマエツチング用マス
ク7を形成する (第1図(C))。次いで、CF□S
P&、01等のガスを用い、高周波電力、圧力。
温度、電極間隔等のパラメータの最適条件下でプラズマ
エツチングを行い、凹部8を形成し、ダイヤフラムを所
望の厚さに仕上げる (第1図td))。
1枚の基板から複数のセンサチップを得るために設ける
複数の凹部8の均一性を良くするためには、凹開口寸法
とマスク開口寸法の差の半分を凹深さで割った値である
エツチングファクタが0.5以上の等方性エツチングが
有効である。第3図は厚さを変えたStウェーハの一面
からプラズマエツチングして50−の厚さのダイヤフラ
ム部を残す凹加工をした場合の凹加工時間および凹深さ
のばらつきを示す。ウェーハ厚さが厚くなり、加工深さ
bが深くなるに従い、凹加工時間aは非線形で増加し、
それにより凹深さのばらつきAは非線形で増加する。凹
加工精度、すなわちダイヤフラムのウェーハ面内厚さ精
度は、ある程度価々のセンサチップのゲージ出力の増幅
率等で補償可能であるが、高機能化センサの場合、小型
化を維持するためにはある値以下に抑えなければならぬ
、第3図から、50μのダイヤフラムをA5μ以下、す
なわち面内精度10%以下で形成するには、ウェーハ厚
さが350β麟以下であることが必要なことがわかる。
凹加工後は、ゲージ面にレジスト等からなる保護膜61
を被着し、マスク7を除去したのち、Siと熱膨脹係数
の近いパイレックスガラス等からなる台座10と接合す
る (第1図(e))   この場合、Si板lの接合
面はlonsrms以下の面粗度となっているため、台
座10と静電接合等により直接接合することができ、メ
タライズ処理やはんだ使用の必要がない。
(発明の効果〕 本発明によれば、ゲージ抵抗形成および付属回路集積の
ためのウェーハプロセスは反りを防ぐため厚い状態で行
った半導体基体を、研削、研摩を行って薄くすることに
より、従来のウェット方式に比して非常に簡素なプラズ
マエツチングによる凹加工を適用することができ、工数
低減1歩留向上の効果が従来と同等の加工精度で得られ
た。また、開口寸法を小さくすることができることによ
るセンサチップの台座との接合面積の拡大により、より
一層の歩留まり向上と高信軒性化を図ることが可能にな
った。さらに、センサチップに台座と直接接合可能な接
合面が得られることにより、直接接合適用による信鯨性
の向上も工程の大きな増加なく期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の圧力センサ製造工程を(8
)〜Telの順に示す断面図、第2図は従来の圧力セン
サ製造工程を(al〜talの順に示す断面図、第3図
は被加工シリコンウェーへの厚さとプラズマエツチング
時の凹加工時間および凹深さばらつきとの関係線図であ
る。 1:シリコン板、3:エピタキシャル層、4:ゲージ抵
抗、51.527集積回路素子、7:プラズマエツチン
グ用マスク、8:凹部、1o:台座。 \−′二二、〆 術1 図 属2閃

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)半導体基板の一面から不純物を導入して、ゲージ抵
    抗および付属集積回路を形成したのち、基板の他面側か
    ら研削および研摩して所定の厚さにし、次いでその面か
    らのプラズマエッチングにより凹加工をし、ゲージ抵抗
    を備えたダイヤフラム部を形成することを特徴とする圧
    力センサの製造方法。
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