JPS6281773A - 半導体圧力センサ製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧
力センサに関する。

〔従来の技術とその問題点〕

圧力センサの需要は、近年（、）医療用、（ｂ）自動車
用、（Ｃ）工業計測用などの分野で急速に高まっている
。

これらに対応できる唯一のものとして、ピエゾ抵抗効果
を利用したシリコン・ダイアフラム型の圧力センサが注
目されている。その理由は、次の多くの利点または可能
性による。即ち■大量生産可能、■低価格、■高精度、
■高信頼性、■小型軽量、■多機能化可能等である。

上記利点の大部分が最近の高度に発達した半導体集積回
路製造技術を利用することに起因している。その具体例
を第２図に示す。以下、図により製造手順に従って説明
する。

シリコン・ダイアフラム型圧力センサの製造工程はエツ
チング等のシリコン基板と３次元的に加工する技術を利
用して、シリコン−ダイアプラムを形成する点において
一般の半導体集積回路製造工程と大きく異なる。

（ａ）は、一般の製造技術のみによって製造できる範囲
の工程まで進行した地点での断面図である。

即ち、ｎ型シリコン単結晶基板（１）の表面に感圧素子
たるピエゾ抵抗（２）と拡散リード部（３）を形成し、
このとき表裏両面に形成される熱酸化膜（４５ンのうち
表面熱酸化膜（４）をバターニング１２．５７ねを介し
、て拡散リード部と電気的に接続するように、Ａｌパッ
ト（６）を形成し７た後、少なくともこのＡ４バッドは
完全に覆うように保護膜（７）を形成する。

（ｂ）において、表面のピエゾ抵抗（２）等との相対的
な位置関係を考慮して、裏面の熱酸化膜（５）をバター
ニングする。

（Ｃ）において、異方性エツチング等により、シリコン
−ダイアフラムαηを均一に加工する。このときダイア
フラムは所望の感度にｌ’ｂじて数１’　Ｉ＋）から数
十μｍの範囲に設定する。

最後の（ｄ）において、保護膜（７）をバターニングし
てリード取り出し部α１を形成する。

この従来技術による製造方法における問題点は工程（Ｃ
）においてダイアフラムに形成した後に、工程（ｄ）に
おいて、バターニングのためにフォトリソグラフィーの
技術を用いなくてはならない点にある。即ちフォトリソ
グラフィ一工程（以下フォト工程υ′＆ておいては、レ
ジスト塗布等を行なう際にスピナーを利用する。このス
ピナーは真空Ｉｔ　着によりウェファを固定するため、
シリコンウェファの裏面にダイアフラムを形成するため
の四部が形成されているときには、吸着しない可能性が
高い。

従って第３図に示す様に、一般には（ａ）図の如くシリ
コンウェファ（６）の全面にチップを形成するが、圧力
センサチップの場合は真空吸着を確実に行なうために、
（ｂ）図に示す様にダイアフラムを形成しない領域α→
が必要となり、センサチップを全面に形成することがで
きない。

以上により従来技術においては、１枚のシリコンウェフ
ァから取り出せる半導体圧力センサチップが限られるこ
とと、何らかの原因によりダイアプラムが破壊されてい
たりした時には、真空吸着、ができないことがあるなど
工程の自動化に問題が残ることにより、この種の圧力セ
ンサの最大の利点である。■大量生産可能、■低価格の
２点が実現されているとは言い難い。

〔発明の目的〕

本発明は、半導体のピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧
力センサの歩留りよく低価格で大量生産可能な製造方法
を提案することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要点は、従来技術による上記の問題点がダイア
フラムを形成した後に、フォト工程を必要とすることに
全て起因していることに着目し、ダイアフラム形成後に
フォト工程を必要と［２ない製造方法を案出したことに
ある。

即ち従来技術では、リード取り出し部の保護膜のバター
ニングとダイアプラム形成後にレジストをマスクとした
エツチングで行なっていたのに対し、本発明ではバター
ニングすべき保護膜（以下第１保護膜）の上に、ダイア
プラム形成前に別の保護Ｐｆｔ、（以下第２保護膜）を
マスクとしてバターニングして形成しておくことにより
、ダイアフラム形成後のフォト工程を回避している。

〔作用及び実施例〕

以下本発明を具体的な実施例にもとづき詳細に説明する
。

第１図は、本発明による半導体圧力センサの製造方法の
一実施例たる製造手順に従−・た模式的説四回である。

（ａ）から（ｌ〕）の８工程に分割して説明する。

（ａ）基礎構造形成工程・・・従来技術による第２図と
同様に一般の半導体集積回路製造技術のみにより製造で
きる工程を終了した地点での断面図である。

即ちｎ型の（１００）面を主面とするシリコン単結晶基
板（１）の表面に感圧素子たるＶ型のピエゾ抵抗（２）
と、低抵抗の拡散リード部（３）を形成し、このとき表
裏両面に形成される熱酸化膜（４，５）のうち表面の熱
酸化膜（４）をバターニングし、これを介して拡散リー
ド部と電気的に接続するようにＡｌパッド（６）を形成
した後、少なくともＡ６パツドは完全に覆うように第１
保護膜（７）を形成する。この第１保護膜（７）の材質
としては、裏面を覆うのが、熱酸化膜（５）であること
から５ｉｎｓがよく、形成方法としてはＣＶＤ　　スパ
ッタリング真空蒸着等が考えられる。

（ｂ）第２保護膜形成・・・シリコン基板（１）の表面
に第２保護膜（８）とし’１Ｃ３ｉ３Ｎ４　　膜をＣＶ
Ｄ、Ｐ−ＣＶＤ。

スパッタリング、真空蒸着等で形成する。

（ｃ）第２保護膜エツチングマスク用膜形成・・・種々
の材質の膜が考えられるが処理の容易さからＳ　ｉ０２
、膜（９）が最適で形成法も第１保護膜（６）と同じで
ある方が簡便である。

（ｄ）ＳｉＯｚ膜パターニング・・・フォト処理により
、リード取り出し部叫の５ｉｎ２膜（９）をバターニン
グし、エツチングにより除去する。このときエツチング
液としてＨＦ系のものを用いると、Ｓｉ３Ｎ４膜（８）
は浸されずに５ｉＯｚ膜（９）だけが選択的にエツチン
グされる。

但し、裏面の熱酸化膜（５）はレジストで保護しておか
なくてはならない。

（ｅ）第２保護膜バターニング・・・バターニングされ
たＳｉｇｈ膜（９）をマスクとして、熱リン酸等により
Ｓ　ｉ　３Ｎ４　膜（８）だけを選択的にエツチングす
る。このとき裏面の熱酸化膜（５）と第１保護膜の５ｉ
Ｏｚ膜（７）も、当然ながら浸されない。また選択比の
問題からドライエツチングよりも、上記熱リン酸等によ
るウェットエツチングの方が望ましい。

（ｆ）裏面熱酸化膜バターニング・・・形成すべきダイ
アフラム寸法及び厚さと、表面のピエゾ抵抗（２）等と
の相対的位置関係から算出されたレジストのパクンヲ両
面マスクアライナ−を用いて裏面に形成し、エツチング
により裏面の熱酸化膜（５）をバターニングする。この
とき基板（１）表面のＳ　ｉｏ２膜（５゜７．９）もレ
ジストで保護しておく。

（ｇ）ダイアフラム形成・・・アルカリ系の液による異
　一方性エツチングにより、シリコン・ダイアプラム（
１１）を均一に加工する。均一に加工する方法としては
、シリコン基板（１）内に、エツチング停止層として７
　Ｘ　１０　　＋ｏｎｓ／ｃｍ以上のボロン高濃度層や
絶縁膜層を埋め込んでおく方法が有力で、エツチング液
としては、ＫＯＨ，ヒドラジン等も利用されるが、エチ
レンジアミンとピロヵテコールト水の混合液が、もしく
はこの混合液にピラジン等の触媒を加えたものが最適で
ある。また５ｉｎｚ膜（５゜７ｒ　’　）　５１３Ｎ４
膜（８）共にこれらの液には浸されない０ （ｈ）１１保護膜バターニング・・・先にバターニング
されている第２保護膜のＳｉ３Ｎ４　膜（８）をマスク
としてフォト工程を通ることなく、第１保護膜の５ｉＯ
ｚ膜（７）をエツチングする。このときエツチングは下
地がＡｌ（ｅ）のためＨＦ系の液によるウェットエツチ
ングとドライエツチングの併用、もしくはドライエツチ
ングのみで行なう。また膜の特性を加味して膜厚をコン
トロールすることにより、この工程の間に裏面の熱酸化
膜（５）と３ｉａＮ４　　膜（８）上の５　ｉ０ｚ膜（
９）は自動的に除去される。

〔発明の効果〕

本発明による効果は、半導体圧力センサの最大の利点と
される■大量生産可能、■低価格を実現し得ることであ
る。

まず第３図に示すように、（ａ）本発明による製造方法
を用いると、シリコンウェファ全面からセンサチップを
取り出すことができるため、一部分からしか取り出すこ
とのできなかった（ｂ）従来技術によるものと比較して
、明らかに大量生産化、低価格化が促進されている。

またダイアフラム形成後のフォト工程で生じ易い真空吸
着トラブルによる歩留りの低下、作業性の悪さを完全に
回避できるため、大量生産化、低価格化が可能となる。

４、図面の簡単な説明　　　　〜 第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）　
、　（ｅ）　、　（ｆ）　、　（ｇ）　、　（ｈ）　　
は、本発明による半導体圧力センサの製造方法の一実施
例たる製造手順に従った模式的説明図である。

第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）　、　（ｄ）　
　は、従来技術による半導体圧力センサの製造手順を説
明する図である。

第８図は、（ａ）本発明による場合と、（ｂ）従来技術
による場合に関して、１枚のウェファから取り出せる半
導体圧力センサチップの数を比較するための図である。

１、　シリコン単結晶基板 ２、　ピエゾ抵抗 ３、　拡散リード部 生　表面熱酸化膜 ５、　裏面熱酸化膜 ６、　金属パッド（ｌパッド） ７、　第１保護膜（ｅｘ　５ｉｎ２ン ８、　第２保護膜（ｅｘ　５ｉａＮ＋）９、第２保護膜
エツチングマスク用ＩＪｉ　（ｅｘ　Ｓ　ｉ　０２　）
１０、　　リード取り出し部 １１、　　ダイアプラム １２、　　シリコンウェファ １３、　　センサチップ １４、、　　センサチップ（ダイアフラム）が形成でき
ない領域 ノ・ｆ′ 代理人　弁理士　上　代　哲　司、 第１図 １＼−一 ５□（ａ） ス □（ｃ） □（ｄ） 第　１１２ １−、。

５□（ｅ） □（ｆ） 第２図 １＼−一へ ５−□１（ｏ） □　（ｂ） 第３　面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体結晶板の中央部に被測定雰囲気により変形
   するダイアフラムを設け、該ダイアフラム部に感圧素子
   としての拡散抵抗を形成してなる半導体圧力センサの製
   造方法において、前記拡散抵抗を形成する工程と、該拡
   散抵抗と電気的に接続した金属層を形成する工程と、前
   記結晶板の表裏両面に耐アルカリ液性に優れた第１の絶
   縁保護層を形成する工程と、少なくとも前記結晶板の表
   面に耐アルカリ液性に優れた第２の絶縁保護層を形成す
   る工程と、金属層とコンタクトをとるために必要な部分
   とダイアフラムを形成するためにエッチングする部分の
   第２保護層のみを第１保護層を残したままで除去する工
   程と、該ダイアフラム形成用エッチング部の第１保護層
   のみを除去する工程と、アルカリ系の液を用いた異方性
   エッチングによりダイアフラムを形成する工程と、前記
   金属層とのコンタクト部の第１保護層のみを除去する工
   程とを具備することを特徴とする半導体圧力センサ製造
   方法。
2. （２）上記半導体結晶板がシリコン単結晶の（１００）
   面を表面とするものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の半導体圧力センサ製造方法。
3. （３）上記アルカリ系の液が、エチレンジアミン、ピロ
   カテコール及び水の混合液もしくは、この混合液に若干
   の触媒を加えたものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項及び第２項記載の半導体圧力センサ製造方法
   。