JPH06268238A - 半導体歪みセンサ及びその製造方法 - Google Patents
半導体歪みセンサ及びその製造方法Info
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Abstract
域(表層領域)の汚損も生じない半導体歪みセンサ及び
その製造方法の提供。同一の半導体プロセスで薄肉起歪
部厚さが異なる複数種類の半導体歪みセンサを製造可能
な半導体歪みセンサの製造方法の提供。 【構成】薄肉起歪部Aはピエゾ抵抗領域Rを有する表層
領域(エピタキシャル層領域)31の底面を被覆し、か
つ、反ピエゾ抵抗領域側に露出する被覆領域4を有す
る。被覆領域4は表層領域31、更に表層領域31と半
導体基板2との間のPN接合界面を汚損や微小な傷など
から保護する。充分なかつ正確な厚さの被覆領域4を形
成するために、基板2に対向する電極と表層領域31と
の間に印加するエッチング電圧が制御される。
Description
は半導体圧力センサ(以下、半導体歪みセンサと総称す
る)及びその製造方法に関する。
図8に示す。このセンサは、N型エピタキシャル層10
1を有するP型基板102と、接合分離されたN型エピ
タキシャル層領域103、104、105を有するP型
研磨基板106を張り合わせたものであり、N型エピタ
キシャル層領域103にはP + ピエゾ抵抗領域107が
形成され、N型エピタキシャル層領域104、105に
はバイポーラトランジスタが形成されている。
む薄肉起歪部Aを形成するために、エピタキシャル層領
域103の直下に凹溝108が形成されている。凹溝1
08は、エッチング液中において基板102に対向する
電極とP型研磨基板106との間に電圧を印加して、電
気化学エッチングを行うことにより形成される。
て張り合わせ基板技術を採用してエピタキシャル層10
1を配設するのは、異方性エッチングをこのエピタキシ
ャル層101の接合界面により停止させることにより、
薄肉起歪部Aの厚さすなわち凹溝108の深さを正確に
制御するためである。
た従来の集積化半導体歪みセンサは、製造プロセス及び
構造が複雑なため歩留り及びコストの点で著しく不利で
あった。また、電気化学エッチング時に、P型研磨基板
106の能動素子形成側の表面に電極コンタクトを取る
必要があり、その分だけ更に、構造及び製造工程が複雑
となる不具合が生じた。
うに、P型基板102の表面にエピタキシャル層領域1
03、104、105を直接形成し、そして、異方性エ
ッチングをエピタキシャル層領域103の接合界面で停
止させて、薄肉起歪部A及び凹溝108を形成すること
も考えられる。しかしながら、この場合にはエピタキシ
ャル層領域103の底面103aが露出するために、エ
ピタキシャル層領域103の底面103aが汚損し、ま
た、エピタキシャル層領域103とP型基板102との
間のPN接合界面が汚損してしまう。その結果、エピタ
キシャル層領域103の電位変動が生じ、この電位変動
が接合空乏層容量を通じてピエゾ抵抗領域107の電位
変動を生じさせ、センサのSN比が低下してしまう。
あり、構造が簡単でかつ上記したエピタキシャル層領域
(表層領域)の汚損も生じない半導体歪みセンサを提供
することを、その目的としている。また、本発明は、製
造工程が簡単で歩留りが格段に向上可能であり、かつ、
上記したエピタキシャル層領域(表層領域)の汚損も生
じない半導体歪みセンサの製造方法を提供することを、
第二の目的としている。
て、薄肉起歪部の平面形状を変更することなく、薄肉起
歪部の厚さを変更したい場合がある。そのためには従
来、異方性エッチングを停止させるエピタキシャル層の
底面からピエゾ抵抗領域側の表面までの厚さを変更する
必要があった。例えば、図8の従来例では基板106又
はエピタキシャル層101の厚さを変更する必要があ
り、図9の従来例ではエピタキシャル層101の厚さを
変更する必要がある。
エピタキシャル層101の厚さの変更は大幅なプロセス
変更を必要とする。半導体製造工程を考えると、それぞ
れ異なる厚さの薄肉起歪部をもつ複数種類の半導体歪み
センサを同一の半導体製造プロセスで製造できれば、工
程上、極めて好都合である。本発明は、同一の半導体プ
ロセスで薄肉起歪部厚さが異なる複数種類の半導体歪み
センサを製造可能な半導体歪みセンサの製造方法を提供
することを、その目的としている。
サは、第2導電型の半導体基板と、前記半導体基板の第
1主面側の表面部に所定厚さに形成され表面部に第2導
電型のピエゾ抵抗領域を有する第1導電型の表層領域
と、前記半導体基板の第2主面側からの電気化学エッチ
ングにより形成され前記表層領域を含む薄肉起歪部とを
備える半導体歪みセンサにおいて、前記薄肉起歪部は、
所定厚さの前記半導体基板からなるとともに、前記表層
領域の底面を被覆し、かつ、前記第2主面側に露出する
被覆領域を有することを特徴としている。
最大定格電圧印加時に前記表層領域と前記半導体基板と
の間に形成されて前記半導体基板側に伸びる接合空乏層
の幅より大きくされる。本発明の半導体歪みセンサの製
造方法は、第2導電型の半導体基板の第1主面側の表面
上に所定厚さで第1導電型のエピタキシャル層を形成
し、前記エピタキシャル層の所定領域に第2導電型のピ
エゾ抵抗領域を形成し、前記半導体基板の第2主面のエ
ッチング予定領域を露出させ、前記半導体基板をエッチ
ング液に浸漬するとともに前記エピタキシャル層を前記
エッチング液から保護し、前記半導体基板の第2主面に
対向する電極と前記エピタキシャル層との間に所定のエ
ッチング電圧を印加して前記エッチング予定領域をエッ
チングすることにより、所定厚さの前記半導体基板から
なる被覆領域と前記被覆領域により底面を被覆されるエ
ピタキシャル層とからなる薄肉起歪部を形成する半導体
歪みセンサの製造方法であって、前記エッチング電圧に
より前記半導体基板側に伸びるPN接合空乏層幅を、前
記被覆領域の厚さに等しくすることを特徴としている。
により前記半導体基板側に伸びるPN接合空乏層幅は、
最大定格電圧印加時に前記半導体基板側に伸びるPN接
合空乏層幅より大きくされる。好適な態様において、同
一の半導体製造工程で形成された各ウエハに対して、前
記エッチング電圧を変更することにより前記薄肉起歪部
の厚さが異なる複数種類の半導体歪みセンサが製造され
る。
いて、薄肉起歪部はピエゾ抵抗領域を有する表層領域の
底面を被覆し、かつ、第2主面側(反ピエゾ抵抗領域
側)に露出する被覆領域を有する。この被覆領域は表層
領域、更に表層領域と半導体基板との間のPN接合界面
を汚損から保護する。
は、張り合わせ基板技術といった複雑な構造を採用する
ことなく、表層領域の汚損を低減し、センサ出力のSN
比低下を防止することができる。本発明の半導体歪みセ
ンサの製造方法では、エピタキシャル層(上記表層領域
に相当)と半導体基板との間のPN接合の空乏層の内、
半導体基板側に伸びる空乏層幅を上記被覆領域の厚さに
等しくなるように、エピタキシャル層に印加する電位を
制御する。このようにすれば、製造工程が簡単で歩留り
が格段に向上可能であり、かつ、エピタキシャル層領域
(表層領域)の汚損も生じない半導体歪みセンサの製造
方法を確立することができる。
により半導体基板側に伸びるPN接合空乏層幅は、半導
体歪みセンサの最大定格電圧印加時に前記半導体基板側
に伸びるPN接合空乏層幅より大きくされる。このよう
にすれば、半導体歪みセンサの最大定格電圧印加時でも
上記空乏層の先端が汚染した被覆領域の表面に達するこ
とがなく、空乏層の暗電流(リーク電流)などがノイズ
電流となることがなく、高いSN比を達成することがで
きる。
造工程で形成された各ウエハに対して、エッチング電圧
を変更することにより薄肉起歪部の厚さが異なる複数種
類の半導体歪みセンサを製造すれば、半導体製造工程を
一々変更することなく、単に電気化学エッチング時の電
圧値制御だけで異なる特性を有する複数種類のセンサを
製造できるので、簡単な製造工程で複数種類のセンサを
製造できるという優れた効果を奏する。
サの一実施例を図面に従って説明する。図1において、
パイレックスガラスよりなる穴開きの台座11上にシリ
コンチップ1が接合され、台座11はステム12上に接
合されている。13は金属缶であり、ステム12の周縁
部に溶接されて内部を気密の基準圧力室Sとしている。
定された端子ピン14の内端はワイヤ15によりシリコ
ンチップ1上の各ボンディングパッド(図示せず)に個
別に接続されている。シリコンチップ1の裏面に凹溝1
aが穿設されており、凹溝1aには、台座11及びステ
ム12にそれぞれ貫設された被測定圧力導入孔11a、
12aを通じて被測定圧力が導入される。
より形成され、凹溝1aに接するシリコンチップ1の薄
肉の部分は、以下、薄肉起歪部Aと称される。このシリ
コンチップ1には、2対のピエゾ抵抗領域(図2に2個
表示)Rからなるホイートストーンブリッジ回路と、そ
の出力信号を増幅する増幅回路や温度補償回路を構成す
るバイポーラ集積回路が形成されている。
及び図3を参照して本実施例の半導体歪みセンサの構造
を説明する。ただし、図2はピエゾ抵抗領域Rの部位
で、図3はピエゾ抵抗領域Rが無い部位での断面図であ
る。なお図2において、薄肉起歪部Aの表面部には実際
には薄肉起歪部Aの周辺部に一対のピエゾ抵抗領域Rが
形成され、中央部に位置して一対のピエゾ抵抗領域Rが
形成されているが、図2では薄肉起歪部Aの周辺部のピ
エゾ抵抗領域R、Rだけが図示されている。
面あるいは(100)面に対し数度傾いたP型の半導体
基板2を有し、半導体基板2の表面部にはP+ 分離領域
3により互いに分離された複数のN- エピタキシャル層
領域31、32、33が形成されている。エピタキシャ
ル層領域31は本発明でいう表層領域を構成し、エピタ
キシャル層領域32、33は本発明でいう能動領域を構
成する。
上記した2対のピエゾ抵抗領域Rが形成されており、エ
ピタキシャル層領域32、33にはそれぞれバイポーラ
トランジスタT1,T2が個別に形成されている。これ
らバイポーラトランジスタはそれぞれ差動増幅アンプの
初段トランジスタを構成している。もちろん、シリコン
チップ1の表面にはP+ 分離領域3により互いに絶縁分
離されたその他のエピタキシャル層領域(図示せず)が
形成されており、これらのエピタキシャル層領域に抵抗
やその他のトランジスタなどが形成されている。
凹溝1aの底面との間には、半導体基板2からなる所定
の厚さの被覆領域4が形成されており、この被覆領域4
と、この被覆領域4に被覆されるエピタキシャル層領域
31とが、本発明でいう薄肉起歪部Aを構成している。
その他、5はピエゾ抵抗領域Rの各一端とバイポーラト
ランジスタT1、T2の各一端を接続するアルミ線であ
り、シリコン酸化膜6上に形成されている。アルミ線6
は、シリコン酸化膜6の開口を通じてピエゾ抵抗領域R
や、その他の各コンタクト部にコンタクトされる。7は
プラズマ窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜で
あり、7aはワイヤボンド用の開口である。
は、図3に示すように、N+ コンタクト領域81が形成
されており、N+ コンタクト領域81に一端が接続され
たアルミ線82はチップ周辺領域上に延設されている。
また、チップ周辺領域上においてパッシベーション膜7
に開口7bを設け、この開口7bから露出するアルミ線
82を電気化学エッチング時の電極としている。なお、
電気化学エッチング後でウエハスクライブ前にこの開口
7bをポリイミドなどの絶縁膜で被覆保護してもよい。
部Aが歪み、ピエゾ抵抗領域Rが変化し、それをブリッ
ジ回路で検出することは従来と同じである。以下、この
センサの製造工程を図2を参照して説明する。まず、P
基板2を準備し、N+ 埋め込み領域71を拡散し、N型
エピタキシャル層をエピタキシャル成長し、各ピエゾ抵
抗領域R及びトランジスタT1、T2他、抵抗などを形
成する。すなわち通常のバイポーラ集積回路製造プロセ
スを用いて、ピエゾ抵抗領域R、P+ 分離領域3、NP
NトランジスタT1、T2及び各抵抗を形成し、その
後、シリコン酸化膜6形成、そのコンタクト開口形成、
アルミ線5形成、PーSiNパッシベーション膜7、8
形成、ワイヤボンド用の開口6a及び電気化学エッチン
グ用の開口6b形成を順次行う。
ズマ窒化膜(PーSiN)8を選択開口しておく。次
に、このウエハ40を電気化学エッチングする。この電
気化学エッチング工程を図4、図5を参照して説明す
る。まず、支持基板46の裏面に熱板(200℃、図示
せず)を接合し、この支持基板46上に樹脂ワックスW
を載せて軟化させ、更にその上に白金リボン59を挟ん
でウエハ40のピエゾ抵抗領域形成側の主面を載せて接
着させ、上記した給電電極(図示せず)と白金リボン5
9とをコンタクトする。その後、支持基板46及びウエ
ハ40を熱板から下ろして樹脂ワックスWを硬化させ
る。白金リボン59の先端部は波状に形成され、上記樹
脂ワックスWの硬化状態において白金リボン59の先端
部は開口6bのアルミコンタクト部や上記した給電電極
(図示せず)に自己の弾性により押圧され、良好な電気
的接触が取られる。なお、樹脂ワックスWはウエハ40
の側面を被覆している。
エッチング槽61内に垂下され、エッチング液(例え
ば、33wt%KOH溶液,82℃)に浸漬される。ウエ
ハ40のピエゾ抵抗領域非形成側の主面に対向して白金
電極板62が垂下されており、ウエハ40側を正として
白金リボン59と白金電極板62との間に所定のエッチ
ング電圧(ここでは10V)を印加し、電気化学エッチ
ングを行う。このようにすると、白金リボン59からエ
ピタキシャル層領域31を通じてP型基板2に両者間の
接合を逆バイアスする電界が形成されるとともに、基板
2の電気化学エッチング(異方性エッチング)が行わ
れ、基板2に凹溝1aが形成される。エッチングが基板
2とエピタキシャル層領域31との接合部近傍に達する
と陽極酸化膜(図示せず)が形成され、エッチング速度
が格段に減速するので、この接合部近傍でエッチングを
停止する。
ックスWを軟化させ、ウエハ40を支持基板46から分
離し、分離したウエハ40を有機溶剤(例えば、トリク
ロロエタン)中に浸漬し、樹脂ワックスWを溶解、洗浄
してウェハ40を取り出す。次に、プラズマ窒化膜(P
ーSiN)8をエッチングし、続いてウエハ40をダイ
シングしてチップ化する。このチップは台座11上に静
電接合法により接合され、ワイヤボンディングが行われ
る。
1015原子/cm3 、エピタキシャル層領域31の不純
物濃度を2×1015原子/cm3 、エピタキシャル層領
域31と基板2との間に印加される最大定格電圧(使用
許可電圧の最大値)はエッチング電圧より小さく設定さ
れており、この最大定格電圧印加により形成される空乏
層は被覆領域4の表面に到達しない。このため、最大定
格電圧で使用する場合でもリーク電流がエピタキシャル
層領域31に流れず、その熱雑音電流やポップコーン雑
音電流によるエピタキシャル層領域31の電位変動が接
合容量を通じてピエゾ抵抗領域Rに影響することがほと
んどない。
延びる部分の幅(基板2側の空乏層幅)wpは単結晶シ
リコンでは次式から決定される。 wp2 =2KεVt/(qNa(1+Na/Nd)) なお、Kはシリコンの比誘電率、εは真空誘電率、Vt
は印加電圧Vcと0バイアス時の障壁電圧との和、qは
電子の電荷量、NaはP型基板2の不純物濃度、Ndは
エピタキシャル層領域31の不純物濃度である。
起歪部Aの肉厚はエピタキシャル層領域31の厚さと、
基板2側の空乏層幅wpとの和に等しいという事実がわ
かっている。したがって、半導体製造プロセスを変更す
ることなく、印加電圧を調節するだけで正確に所望の厚
さの薄肉起歪部Aを得ることができ、しかもエピタキシ
ャル層領域31の表面を汚染や微小な傷から保護するに
充分な厚さの被覆領域4を得ることができる。当然、被
覆領域4の厚さtは上記空乏層の幅wpにほぼ等しい。
域31の厚さを6μmとし、印加電圧Vcを変えた場合
の薄肉起歪部5〜8の厚さの変化を図6に示す。また、
基板2側の空乏層幅wpとエピタキシャル層領域31の
厚さとの和を特性線として図示する。図6から薄肉起歪
部5〜8の厚さはwp+tに一致することがわかる。 (実験例2)上記実施例において、エピタキシャル層領
域31の厚さを6μmとし、印加電圧Vcを2V、エエ
ピタキシャル層領域31の不純物濃度を7×1015原子
/cm3 とし、基板2の不純物濃度を変えた場合の薄肉
起歪部Aの厚さの変化を図7に示す。また、基板2側の
空乏層幅wpとエピタキシャル層領域31の厚さとの和
を特性線として図示する。
ャル層領域31の厚さと空乏層の幅wpに一致すること
がわかる。ただし、上記電気化学エッチングが接合空乏
層の端部に達しても、印加電圧が0.6V以下の場合に
は、エッチング面に陽極酸化膜が良好に形成されないた
め、エッチングが停止しないので、この最小電圧以上の
電圧を印加することが必要である。
おいて説明したが、他の半導体材料にも適用できること
は当然である。また、半導体歪みセンサとして加速度セ
ンサにも適用できることは当然である。以上説明した本
実施例のセンサでは、エピタキシャル層領域31の表面
にN+コンタクト領域を形成し、このN+ コンタクト領
域にアルミ線82を通じて給電したが、ピエゾ抵抗領域
Rに接続されるアルミ線(又はポリシリコン線)を通じ
てエピタキシャル層領域31に通電してもよい。また、
エピタキシャル層領域31の底面31aにN+ 埋め込み
領域を形成してもよい。
である。
部の厚さとの関係を示す特性図である。
薄肉起歪部の厚さとの関係を示す特性図である。
面図である。
面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 第2導電型の半導体基板と、前記半導体
基板の第1主面側の表面部に所定厚さに形成され表面部
に第2導電型のピエゾ抵抗領域を有する第1導電型の表
層領域と、前記半導体基板の第2主面側からの電気化学
エッチングにより形成され前記表層領域を含む薄肉起歪
部とを備える半導体歪みセンサにおいて、 前記薄肉起歪部は、所定厚さの前記半導体基板からなる
とともに、前記表層領域の底面を被覆し、かつ、前記第
2主面側に露出する被覆領域を有することを特徴とする
半導体歪みセンサ。 - 【請求項2】 被覆領域の厚さは、最大定格電圧印加時
に前記表層領域と前記半導体基板との間に形成されて前
記半導体基板側に伸びる接合空乏層の幅より大きい請求
項1記載の半導体歪みセンサ。 - 【請求項3】 第2導電型の半導体基板の第1主面側の
表面上に所定厚さで第1導電型のエピタキシャル層を形
成し、 前記エピタキシャル層の所定領域に第2導電型のピエゾ
抵抗領域を形成し、 前記半導体基板の第2主面のエッチング予定領域を露出
させ、 前記半導体基板をエッチング液に浸漬するとともに前記
エピタキシャル層を前記エッチング液から保護し、 前記半導体基板の第2主面に対向する電極と前記エピタ
キシャル層との間に所定のエッチング電圧を印加して前
記エッチング予定領域をエッチングすることにより、所
定厚さの前記半導体基板からなる被覆領域と前記被覆領
域により底面を被覆されるエピタキシャル層とからなる
薄肉起歪部を形成する半導体歪みセンサの製造方法であ
って、 前記エッチング電圧により前記半導体基板側に伸びるP
N接合空乏層幅を、前記被覆領域の厚さに等しくするこ
とを特徴とする半導体歪みセンサの製造方法。 - 【請求項4】 前記エッチング電圧により前記半導体基
板側に伸びるPN接合空乏層幅は、最大定格電圧印加時
に前記半導体基板側に伸びるPN接合空乏層幅より大き
くされる請求項3記載の半導体歪みセンサの製造方法。 - 【請求項5】 同一の半導体製造工程で形成された各ウ
エハに対して、前記エッチング電圧を変更することによ
り前記薄肉起歪部の厚さが異なる複数種類の半導体歪み
センサを製造する請求項3記載の半導体歪みセンサの製
造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5048853A JP2897581B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 半導体歪みセンサの製造方法 |
| US08/122,164 US5643803A (en) | 1992-09-18 | 1993-09-17 | Production method of a semiconductor dynamic sensor |
| EP93115120A EP0588371B1 (en) | 1992-09-18 | 1993-09-20 | Production method of a semiconductor dynamic sensor having a thin thickness structure |
| DE69327556T DE69327556T2 (de) | 1992-09-18 | 1993-09-20 | Verfahren zur Herstellung eines dynamischen Halbleitersensors mit einer Struktur mit dünner Stärke |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5048853A JP2897581B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 半導体歪みセンサの製造方法 |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP29399098A Division JP3156681B2 (ja) | 1993-03-10 | 1998-10-15 | 半導体歪みセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268238A true JPH06268238A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2897581B2 JP2897581B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=12814832
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2897581B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5913377A (ja) * | 1982-07-14 | 1984-01-24 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 半導体圧力変換素子の受圧ダイヤフラム形成方法 |
| JPS62183190A (ja) * | 1986-02-06 | 1987-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体圧力変換器の製造方法 |
| JPS6365679A (ja) * | 1986-09-05 | 1988-03-24 | Omron Tateisi Electronics Co | 集積化半導体圧力センサ |
-
1993
- 1993-03-10 JP JP5048853A patent/JP2897581B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5913377A (ja) * | 1982-07-14 | 1984-01-24 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 半導体圧力変換素子の受圧ダイヤフラム形成方法 |
| JPS62183190A (ja) * | 1986-02-06 | 1987-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体圧力変換器の製造方法 |
| JPS6365679A (ja) * | 1986-09-05 | 1988-03-24 | Omron Tateisi Electronics Co | 集積化半導体圧力センサ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2897581B2 (ja) | 1999-05-31 |
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