JPS6376484A - 半導体圧力センサの製造方法 - 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、半導体圧力センサの製造方法に係り、特に所
望の形状のシリコン薄膜部上にピエゾ抵抗素子を形成し
てなる半導体圧力センサの製造に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

半導体技術の進歩に伴い、シリコンやゲルマニウム等の
半導体のもつピエゾ抵抗効果を利用した半導体圧力セン
サが、近年注目されてきている。

半導体圧力センサにはいろいろな構造が提案されている
が、なかでも最も広く用いられているのは、第３図に示
す如く、感圧抵抗層としての拡散層１０１ａを具えた単
結晶シリコンからなるダイヤフラム１０１を台座１０２
に接着固定したダイヤフラム型の圧力センサである。こ
こで１０３は接着層を示している。

この圧力センサは、ダイヤフラムが圧力を受けて歪を生
じることにより発生する抵抗値の変化を検出するもので
ある。従って圧力に応じて正しい歪を発生するようなダ
イヤフラムを形成する必要がある。このため、ダイヤフ
ラムの厚さｔは均一である必要があり、又、設計値通り
の厚さである必要がある。

製造に際しては、通常、次のような方法がとられる。ま
ずシリコン基板内に感圧抵抗層としての拡散層１０１ａ
あるいは電極（図示せず）等を形成した後、前記シリコ
ン基板表面をレジストで被覆保護すると共に、裏面にレ
ジストＲのパターンをホトリソ法によって形成する。（
第４図（ａ））そして、この後、水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）をエツチング液として使用して、シリコン基板を裏
面側からエツチングし、ダイヤフラムとしての肉薄部を
形成する。（第４図（ｂ）） ここでこのダイヤフラムの厚さは圧力センサの性能を大
きく左右するものであるため、エツチング精度も高める
ためにいろいろな工夫がなされている。

例えば、使用するエツチング液に対するエツチングレー
トに基づき、エツチング所要時間を算出し、これに従っ
てエツチング量（深さ）をコントロールする方法が用い
られる。

この方法では、出発材料としてのシリコン基板の厚さや
ムラやエツチング液の劣化等により、ダイヤフラムとな
る肉薄部の厚さを精度良く形成するのは困難であった。

また、第５図（ａ）に示す如く、ｎ型シリコン基板２０
０の表面にｐ中型シリコン層２０１を形成した後、エピ
タキシャル成長法により、（ｉ型の）シリコン薄膜層２
０２をエピタキシャル成長せしめることによって形成し
たものを出発材料とし、該ｐ生型シリコン層をエツチン
グ停止層として用いる方法がある。この方法では、まず
このシリコン薄膜層２０２内に拡散層２０２ａや電極（
図示せず）等を形成する。そして前記と同様にして表面
をレジストＲで被覆すると共に表面をレジストＲのパタ
ーンで被覆した後、第５図（ｂ）に示す如く裏面側から
エツチング停止層としてのｐ中型シリコン層２０１が露
呈するまでエツチングを続行するという方法がとられる
。

しかしながら、この方法でも、ｐ生型シリコン層とｎ型
シリコン基板とのエツチング選択比はせいぜい１０〜２
０程度であるため、エツチング時間のずれの許容度が小
さい。また、ｐ生型シリコン層の成膜時に、オートドー
ピングによりシリコン基板表面に不純物が拡散し、ｐ生
型シリコン層とｎ型シリコン層との界面が移動し、これ
もエツチングによるダイヤフラムの厚さにムラを生じる
原因となる。

更にまた、電気的手段によりエツチングレートを測定し
コントロールする方法も提案されてはいるが、装置が複
雑であるため量産性に欠ける。またこの方法では複雑な
形状のパターン形成は不可能である。

そこで本発明者らは、シリコン基板表面に窒化膜又は酸
化膜を形成した後、所望の厚さのシリコン薄膜を形成し
たものを出発材料とし、前記窒化膜又は酸化膜をエツチ
ング停止層として異方性エツチングにより前記シリコン
基板を裏面側から選択的に除去し所望の形状のシリコン
肉薄部を形成する方法を提案した。（特願６１−１６０
１５１号） かかる方法によれば極めて容易に制御性良くシリコン薄
膜層を形成することができる。

一方、感圧抵抗層としては通常、単結晶シリコンが用い
られている。この単結晶シリコンは成長条件に制約が大
きい。そこで、まず形成の容易な多結晶シリコンを形成
し、これをアニールによって結晶化するという方法も提
案されている。（特開昭６１−１２１４７８号） しかしながら、表面全体をアニールするこの方法では、
均一に制御性良く結晶化するのは困難であり、充分なセ
ンサ特性が得られないという問題があった。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、製造が容易
でかつセンサ特性の良好にピエゾ抵抗素子を用いた半導
体圧力センサを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明の方法では、シリコン基板表面に、窒化膜
又は酸化膜を形成した後、所望の厚さの多結晶シリコン
薄膜層を形成したＳｏｌ基板（ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　
１ｎｓｕｌａｔｏｎ）を出発材料とし、該ＳＯＩ基板の
表面に酸化シリコン等からなる所望の形状のマスクパタ
ーンを形成する工程とこのマスクパターンをマスクとし
て該多結晶シリコン薄膜層内に不純物を注入し、不純物
領域を形成する工程と、該不純物領域を選択的にアニー
ルし、結晶化する工程と、前記窒化膜又は酸化膜をエツ
チング停止層として異方性エツチングにより前記シリコ
ン基板を裏面側から選択的に除去し所望の形状の多結晶
シリコンの肉薄部を形成する工程を含むようにしている
。

〔作用〕

本発明の方法によれば、ＳＯＩ基板のシリコン層は、単
結晶ではなく多結晶とし、感圧抵抗層となる部分のみ選
択的にアニールし結晶化するようにしているため、極め
て容易に作業性良く高精度の感圧抵抗層パターンを形成
することができる。

また、多結晶シリコンの肉薄部をバターニングするため
のエツチングストッパーとして、シリコンの異方性エッ
チャントに対して３ｏｏ倍以上の選択比をもつ酸化シリ
コン又は窒化シリコン膜を用いているため、エツチング
時間の余裕度が大きく、エッチャントに浸漬するだけで
極めて容易に高精度の膜厚制御を行なうことが可能とな
る。また、エツチング停止層の膜厚を薄くすることがで
き全体としての厚さを小さくすることも可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図（ａ）乃至（ｇ）は、本発明実施例の半導体圧力
センサの製造工程について説明する。

まず、第１図（ａ）に示す如く、（１００）方向に配向
性を有する厚さ３００頭のｎ型シリコン基板１上に、膜
厚０．５ＩＵの絶縁層としての第１の窒化シリコン膜２
および膜厚１０ｕｎの多結晶シリコン膜３を順次堆積せ
しめてなるＳ　ＯＩ　（ｓｉｌｅｃｏｎ　ｏｎ　１ｎｓ
ｕｌａｔｏｎ）基板４を用意する。

次いで、第１図（ｂ）に示す如く、熱酸化法により、前
記ＳＯ１基板４の表面に膜厚０．５ｆｌの第１の酸化シ
リコン膜５を形成し、これをフォトリソグラフィーによ
りバターニングし、拡散用の窓Ｗを形成する。

続いて、第１図（ｃ）に示す如く、前記窓Ｗを介してボ
ロン（Ｂ）拡散を行なった後、該第１の酸化シリコン膜
をマスクとして前記窓内に形成された拡散領域にのみ、
レーザ光を照射しアニールを行なうことにより、該拡散
領域を結晶化し、ｐ型シリコン拡散層からなる感圧抵抗
層６を形成する。このとき感圧抵抗層６の表面には第２
の酸化シリコン膜７が形成されている。

続いて、ＣＶＤ法により第１図（ｄ）に示す如く、Ｓｏ
１基板↓の表面および裏面に第２の窒化シリコン膜８ａ
、８ｂを堆積し、更にフォトリソグラフィーにより表面
側の第２の窒化シリコン膜８ａ（および前記第２の酸化
シリコン膜７）に対しコンタクトホールＨを穿孔する。

更に、電子ビーム蒸着法により、アルミニウム薄膜を形
成し、これをフォトリソグラフィーによりバターニング
して配線パターン９を形成する。

（第１図（ｅ）） このようにして、表面にピエゾ抵抗素子を構成するよう
に感圧抵抗層６及び配線パターン９を形成した後、フォ
トリソエツチングにより、ＳＯ■基板の裏面側の第２の
窒化シリコン膜８ｂをパターニングする。（第１図（ｆ
）） そして最後に、この第２の窒化シリコン膜のパターンを
マスクとして、水酸化カリウム（Ｋ　ＯＨ）水溶液によ
る異方性エツチングを行ない、前記第１の窒化シリコン
膜２を露呈せしめ、第１図（ｇ）に示す如く、厚さ１０
趨のダイヤフラムとしての肉薄部１０を形成し、半導体
圧力センサが完成せしめられる。

ここで、窒化シリコン膜に対するｎ型シリコン基板１の
、水酸化カリウムによるエツチング選択比は３００倍以
上であるため、前記第１の窒化シリコン膜が良好なエツ
チング停止層として働く。

従ってエツチング時間の厳密な制御を必要とせずして、
容易に再現性良く、高精度（±１１）に厚さをコントロ
ールしたダイヤフラム（肉薄部）を具えた半導体圧力セ
ンサを得ることができる。

また、エツチング停止層として用いられる窒化シリコン
膜は、ｎ型シリコン基板１および（多結晶）シリコン薄
膜３との界面が極めてシャープである上、エツチング選
択性が高いため薄くても充分であり、センサ特性を高め
ることが可能である。

また、感圧抵抗層の形成に際し、シリコン膜を多結晶シ
リコンで構成したＳＯＩ基板を出発材料とし、感圧抵抗
層となる部分のみを選択的にアニールして結晶化するよ
うにしているため、極めて容易に再現性の良い半導体圧
力センサを形成することが可能となる。

なお、実施例では、ＳＯ１基板の絶縁層として窒化シリ
コン膜を用いたがこの他室化ホウ素膜等の窒化膜、酸化
シリコン膜等の酸化膜を用いてもよい。ちなみに酸化シ
リコン膜は、シリコンの異方性エツチングに用いられる
エッチャントに対してエツチング速度が１／２００倍以
下である。

また、エッチャントとしては、水酸化カリウムに限定さ
れることな（、他のエッチャントを用いてもよいことは
いうまでもない。

加えて、実施例ではダイヤフラム上のセンサ（肉薄部）
を有する半導体圧力センサについて説明したが、これに
限定されるものではなく、第２図（ａ）および（ｂ）に
示す如くカンチレバービーム等のセンサ部形成を形成す
る等地の形状の半導体デバイスについても適用可能であ
ることはいうまでもない。

〔効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、半導体圧力
センサの形成に際し、シリコン基板上に絶縁層としての
窒化膜又は酸化膜を介して多結晶シリコン膜が形成され
たＳｏ１基板を出発材料とし、感圧抵抗層となる領域に
対し選択的に不純物を注入し、続いて、該領域に対し選
択的にアニールし、結晶化すると共に、このようにして
感圧抵抗層の形成のなされたＳＯＩ基板を、基板側から
前記窒化膜又は酸化膜をエツチング停止層として異方性
エツチングにより選択的にエツチングするようにしてい
るため、再現性良（、センサ特性の良好な半導体圧力セ
ンサを容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｇ）は、本発明実施例の半導体圧力
センサ製造工程図、第２図（ａ）および（ｂ）は、本発
明の方法の他の適用例を示す図、第３図は、通常の半導
体圧力センサの構造例を示す図、第４図（ａ）（ｂ）お
よび第５図（ａ）（ｂ）は夫々、従来のダイヤフラム（
肉薄部）の形成工程を示す図である。 １０１・・・ダイヤフラム、１０１ａ・・・拡散（抵抗
）層、Ｒ・・・レジスト、２００・・・ｎ型シリコン基
板、２０１・・・ｐ中型シリコン層、２０２・・・シリ
コン薄膜層、２０２ａ・・・拡散層、１・・・ｎ型シリ
コン基板、２・・・第１の窒化シリコン膜、３・・・多
結晶シリコン薄膜層、土・・・Ｓｏ１基板、５・・・第
１の酸化シリコン膜、６・・・ｐ型拡散層（感圧抵抗層
）、７・・・第２の酸化シリコン膜、８ａ、８ｂ・・・
第２の窒化シリコン膜、９・・・配線パターン、１０・
・・肉薄部。 第１図（Ｑ）　　　　　第１図（ｅ） 第１図（ｂ）　　　　　　第１図（ｆ）第１図（ｄ） 第２図（Ｑ）　　　　第４図（Ｑ） 第４図（ｂ） 第５図（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 センサ部とシリコン薄膜部で構成し、このシリコン薄膜
   部内にピエゾ抵抗素子を形成してなる半導体圧力センサ
   の製造方法において、 出発材料として、シリコン基板表面に絶縁層として窒化
   膜又は酸化膜を形成すると共に多結晶シリコン薄膜を形
   成してなるＳＯＩ（Ｓｉｒｉｃｏｎ　ＯｎＩｎｓｕｌａ
   ｔｏｒ）基板を準備する工程と、前記多結晶シリコン薄
   膜内に選択的に不純物を注入し不純物領域を形成する工
   程と、 該不純物領域内を選択的にアニールし結晶化して感圧抵
   抗層を形成する工程と、 前記絶縁層をエッチング停止層として、前記ＳＯＩ基板
   の所定の領域をシリコン基板側から異方性エッチングに
   より選択的にエッチングすることにより、前記シリコン
   薄膜部を形成するエッチング工程とを含むことを特徴と
   する半導体圧力センサの製造方法。 （２）前記窒化膜は、窒化シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ）から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   半導体圧力センサの製造方法。 （３）前記窒化膜は、窒化ホウ素（ＢＮ）からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導体圧
   力センサの製造方法。 （４）前記酸化膜は、酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   半導体圧力センサの製造方法。 （５）前記異方性エッチング工程は、水酸化カリウム（
   ＫＯＨ）をエッチャントとする工程であることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項乃至第（４）項のいずれ
   かに記載の半導体圧力センサの製造方法。