(57)【要約】【課題】温度補償を高精度で行なうことができる半導体圧力センサおよびその製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の半導体圧力センサは、シリコン基板１と、シリコン基板１上に形成された第１のダイヤフラム２５および第１のゲージ抵抗７を有するアクティブゲージ抵抗形成部１０１と、基板１上に形成された第２のダイヤフラム２６および第２のゲージ抵抗７を有する温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とを備えている。  アクティブゲージ抵抗形成部１０１の第１のダイヤフラム２５および温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２の第２のダイヤフラム２６が共通のポリシリコン膜５より形成されている。ポリシリコン膜５は基板１に接続するために基板１側に延びるアンカー部２１を有している。第１および第２のダイヤフラム２５、２６が互いに同一または対称の構造を有し、かつ第１および第２のゲージ抵抗７が互いに同一または対称の構造を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された第１のダイヤフラムおよび第１のゲージ抵抗を有するアクティブゲージ抵抗形成部と、
前記基板上に形成された第２のダイヤフラムおよび第２のゲージ抵抗を有する温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部とを備え、
前記アクティブゲージ抵抗形成部の前記第１のダイヤフラムおよび前記温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部の前記第２のダイヤフラムが共通の所定の膜より形成され、
前記所定の膜は前記基板に接続するために前記基板側に延びるアンカー部を有しており、
前記第１および第２のダイヤフラムが互いに同一または対称の構造を有し、かつ前記第１および第２のゲージ抵抗が互いに同一または対称の構造を有している、半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記基板はシリコン基板からなり、前記シリコン基板が前記第１および第２のダイヤフラムが形成される側の第１主表面と前記第１主表面に対向する第２主表面とを有し、前記シリコン基板の前記第２主表面の結晶方位は（１１０）面である、請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記アクティブゲージ抵抗形成部および前記温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部に設けられた前記第１および第２のゲージ抵抗と同様の幅を有するダミーパターンをさらに備えた、請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
互いに対向する第１主表面および第２主表面を有する基板の前記第１主表面上に、前記基板とはエッチング特性の異なる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜における所定の領域を周方向から取り囲むように、前記絶縁膜に前記基板の前記第１主表面を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部を充填するように、前記絶縁膜上にアクティブゲージ抵抗形成部と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部との両方のダイヤフラムとなる所定の膜を形成する工程と、
前記基板の前記第２主表面の領域に所定のエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して前記基板にエッチングを施すことにより、前記所定の領域内に位置する前記絶縁膜の部分の表面を露出する態様で貫通穴を形成する工程と、
前記所定の領域内に位置する前記絶縁膜の部分を除去して前記ダイヤフラムとなる所定の膜を前記貫通穴から露出することにより、前記アクティブゲージ抵抗形成部の前記ダイヤフラムを形成する工程とを備えた、半導体圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記基板はシリコン基板からなり、前記シリコン基板の前記第２主表面の結晶方位は（１１０）面であり、
前記第２主表面から前記貫通穴を形成する工程は、前記貫通穴の側壁の一部が垂直に加工される工程を有する、請求項４に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記アクティブゲージ抵抗形成部および前記温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部に、ゲージ抵抗と、前記ゲージ抵抗と同様の幅を有するダミーパターンとを形成する工程をさらに備えた、請求項４または５に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体圧力センサおよびその製造方法に関し、特に温度補償が可能な半導体圧力センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体圧力センサでは、シリコン基板にゲージ抵抗となる拡散抵抗が形成されている。複数のゲージ抵抗が低抵抗の拡散配線層でブリッジ結線されている。ダイヤフラムがシリコン基板の裏面からエッチングされて形成されている。ゲージ抵抗がダイヤフラムのエッジ部分に配置されている。
【０００３】
たとえば実開昭６３−１７８３５３号公報（特許文献１）には、貫通孔が形成されたシリコン基板上に、酸化膜、多結晶シリコン基板、酸化膜、ゲージなどで形成されたダイヤフラムが形成された半導体圧力センサが記載されている。
【０００４】
また、たとえば、特開昭６３−４２１７９号公報（特許文献２）には、薄肉部のダイヤフラムを有する半絶縁性多結晶シリコン基板上に、半導体歪ゲージが形成された半導体歪検出器が記載されている。
【０００５】
また、たとえば、特開昭６０−２５９９２２号公報（特許文献３）には、温度補償された歪センサにおいてダイヤフラム上の歪を受けない部分に感歪抵抗体と同一材料からなる感温抵抗体を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６３−１７８３５３号公報
【特許文献２】特開昭６３−４２１７９号公報
【特許文献３】特開昭６０−２５９９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体圧力センサでは、ゲージ抵抗がダイヤフラム上に形成されている。半導体圧力センサに圧力が加えられるとダイヤフラムが変形されてゲージ抵抗の抵抗値が変化する。ゲージ抵抗の抵抗値の変化が検出されることによって、圧力の変化が測定される。また、半導体圧力センサでは、圧力が測定される際の温度によってもダイヤフラム上に形成されたゲージ抵抗の抵抗値が影響を受ける。そのため、圧力を正確に測定するためには温度に対する補償を行なうことにより、半導体圧力センサの温度依存性を除去することが望ましい。
【０００８】
しかし、特開昭６０−２５９９２２号公報に記載された歪センサでは、ダイヤフラム上の歪を受けない部分に感歪抵抗体と別個に感温抵抗体を設けただけであるので、温度補償を高精度に行なうことが困難である。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、温度補償を高精度で行なうことができる半導体圧力センサおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体圧力センサは、基板と、基板上に形成された第１のダイヤフラムおよび第１のゲージ抵抗を有するアクティブゲージ抵抗形成部と、基板上に形成された第２のダイヤフラムおよび第２のゲージ抵抗を有する温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部とを備えている。アクティブゲージ抵抗形成部の第１のダイヤフラムおよび温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部の第２のダイヤフラムが共通の所定の膜より形成されている。所定の膜は基板に接続するために基板側に延びるアンカー部を有している。第１および第２のダイヤフラムが互いに同一または対称の構造を有し、かつ第１および第２のゲージ抵抗が互いに同一または対称の構造を有している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体圧力センサによれば、第１および第２のダイヤフラムが互いに同一または対称の構造を有し、かつ第１および第２のゲージ抵抗が互いに同一または対称の構造を有している。これにより、第１のゲージ抵抗が測定した圧力および温度による抵抗値の変化から第２のゲージ抵抗が測定した温度による抵抗値の変化を除くことができる。したがって、本発明の半導体圧力センサは、温度補償を高精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体圧力センサの概略平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における半導体圧力センサの図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における半導体圧力センサの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における半導体圧力センサの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における半導体圧力センサの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における半導体圧力センサの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図７】半導体圧力センサの製造方法においてエッチングマスクが正しく形成されなかった状態を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における半導体圧力センサの変形例を示す概略平面図である。
【図９】本発明の実施の形態２における半導体圧力センサの概略平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における半導体圧力センサの概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における半導体圧力センサの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における半導体圧力センサの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における半導体圧力センサの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における半導体圧力センサの概略平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３における半導体圧力センサの図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１の半導体圧力センサの構成について説明する。
【００１４】
図１および図２を参照して、半導体圧力センサ１００は、アクティブゲージ抵抗形成部１０１と、温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とを主に有している。アクティブゲージ抵抗形成部１０１と、温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とは多結晶シリコン（以下、「ポリシリコン」と称する。）配線７ａで結線されている。なお、図１に示すアクティブゲージ抵抗形成部１０１には後述する製造方法の説明のためダイヤフラムエッチングマスク１０およびダイヤフラム底面１０ａが記載されている。
【００１５】
アクティブゲージ抵抗形成部１０１は、シリコン基板（基板）１と、第１のダイヤフラム２５と、ゲージ抵抗７と、アルミニウムパッド１２とを主に有している。
【００１６】
シリコン基板１の第１主表面１ａ上には、ポリシリコン膜５からなる第１のダイヤフラム２５が形成されている。ポリシリコン膜５は、本実施の形態においてはドープドポリシリコン（不純物がドープされた多結晶シリコン）で形成されている。但し、ポリシリコン膜５は、不純物をドープしていないノンドープのポリシリコンで形成されていても良い。
【００１７】
第１のダイヤフラム２５の上面には、第１のダイヤフラム２５の歪を電気抵抗の変化として検知する２つのゲージ抵抗７が形成されている。第１のダイヤフラム２５が位置するシリコン基板１の部分には、第１のダイヤフラム２５の裏面を露出する貫通穴４１が形成されている。第１のダイヤフラム２５とシリコン基板１との間には、第１のダイヤフラム２５をシリコン基板１に据え付けるためのアンカー部２１が、貫通穴４１の第１主表面１ａ側の開口端を周方向から取り囲むように形成されている。
【００１８】
アンカー部２１は、第１絶縁膜２の開口部に充填されるポリシリコン犠牲膜３の部分と第２絶縁膜４の開口部３２に充填されるポリシリコン膜５の部分とを含むようにして、第１のダイヤフラム２５からシリコン基板１側に延びる態様で形成されている。
【００１９】
２つのゲージ抵抗７は、ポリシリコン膜からなり、第１のダイヤフラム２５となるポリシリコン膜５の上に第３絶縁膜６を介在させて形成されている。各ゲージ抵抗７は、ゲージ抵抗７をなすポリシリコン膜と同じポリシリコン膜から形成されるポリシリコン配線７ａによってブリッジ結線されている。ゲージ抵抗７およびポリシリコン配線７ａを覆うように、第４絶縁膜８が形成されている。
【００２０】
第４絶縁膜８および第５絶縁膜９上の領域には、複数のアルミニウムパッド１２が形成されている。各アルミニウムパッド１２はアルミニウム配線１２ａと電気的に接続されている。各アルミニウムパッド１２は、コンタクト部１１を介してポリシリコン配線７ａに電気的に接続されている。
【００２１】
温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２は、シリコン基板１と、第２のダイヤフラム２６と、ゲージ抵抗７と、アルミニウムパッド１２とを主に有している。
【００２２】
シリコン基板１の第１主表面１ａ上には、ポリシリコン膜５からなる第２のダイヤフラム２６が形成されている。第２のダイヤフラム２６の上面には、第２のダイヤフラム２６の歪を電気抵抗の変化として検知する２つのゲージ抵抗７が形成されている。
【００２３】
第２のダイヤフラム２６とシリコン基板１との間には、第１絶縁膜２、ポリシリコン犠牲膜３および第２絶縁膜４が積層されている。第１絶縁膜２はたとえば熱酸化膜で形成されている。第２絶縁膜４はたとえばＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）で形成されている。
【００２４】
第２のダイヤフラム２６とシリコン基板１との間には、第２のダイヤフラム２６をシリコン基板１に据え付けるためのアンカー部２１が、第１絶縁膜２、ポリシリコン犠牲膜３および第２絶縁膜４を周方向から取り囲むように形成されている。
【００２５】
アンカー部２１は、第１絶縁膜２の開口部に充填されるポリシリコン犠牲膜３の部分と第２絶縁膜４の開口部３２に充填されるポリシリコン膜５の部分とを含むようにして、第２のダイヤフラム２６からシリコン基板１側に延びる態様で形成されている。
【００２６】
２つのゲージ抵抗７は、ポリシリコン膜からなり、第２のダイヤフラム２６となるポリシリコン膜５の上に第３絶縁膜６を介在させて形成されている。第３絶縁膜６はたとえばシリコン酸化膜（ＨＴＯ：High Temperature Oxide）などで形成されている。
【００２７】
各ゲージ抵抗７は、ゲージ抵抗７をなすポリシリコン膜と同じポリシリコン膜から形成されるポリシリコン配線７ａによってブリッジ結線されている。ゲージ抵抗７およびポリシリコン配線７ａを覆うように、第４絶縁膜８が形成されている。
【００２８】
第４絶縁膜８および第５絶縁膜９上の領域には、複数のアルミニウムパッド１２が形成されている。各アルミニウムパッド１２はアルミニウム配線１２ａと電気的に接続されている。各アルミニウムパッド１２は、コンタクト部１１を介してポリシリコン配線７ａに電気的に接続されている。
【００２９】
アクティブゲージ抵抗形成部１０１と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とで、
第１のダイヤフラム２５および第２のダイヤフラム２６が共通のポリシリコン膜５より形成されている。
【００３０】
アクティブゲージ抵抗形成部１０１および温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２の第１および第２のダイヤフラム２５、２６ならびに第１および第２のゲージ抵抗７が平面視（図１）においても断面視（図２）においても対称の形状を有している。
【００３１】
つまり図１に示すように、アクティブゲージ抵抗形成部１０１の第１のダイヤフラム２５と、温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２の第２のダイヤフラム２６とが、平面視における仮想の軸線Ｊ１に対して、互いにほぼ線対象の構成を有している。仮想の軸線Ｊ１は、平面視における第１のダイヤフラム２５と第２のダイヤフラム２６との間に位置するアンカー部２１の中心部に位置している。同様に第１のゲージ抵抗７と第２のゲージ抵抗７とが、平面視における仮想の軸線Ｊ１に対して、互いにほぼ線対象の構成を有している。
【００３２】
また、図２に示すように、第１のダイヤフラム２５と第２のダイヤフラム２６とが、断面視における仮想の軸線Ｊ２に対して、互いにほぼ線対称の構造を有している。仮想の軸線Ｊ２は、断面視における第１のダイヤフラム２５と第２のダイヤフラム２６との間に位置するアンカー部２１の中心部に位置している。同様に第１のゲージ抵抗７と第２のゲージ抵抗７とが、断面視における仮想の軸線Ｊ２に対して、互いにほぼ線対象の構成を有している。
【００３３】
アンカー部２１は、共通のポリシリコン膜５がシリコン基板１に接続するためにシリコン基板１側に延びることにより構成されている。
【００３４】
アクティブゲージ抵抗形成部１０１では、ポリシリコン膜５の下部のシリコン基板１、第１絶縁膜２、ポリシリコン犠牲膜３及び第２の絶縁膜４がエッチングにより除去されることにより、第１のダイヤフラム２５が形成されている。このように構成されていることによって、第１のダイヤフラム２５が圧力変化を受けることにより第１のゲージ抵抗７の抵抗値が変化する。
【００３５】
温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２では、ポリシリコン膜５の下部の第２絶縁膜４などはエッチングされていない。つまりポリシリコン膜５の下部に空間が形成されていない状態で第２のダイヤフラム２６が形成されている。このように構成されていることによって、第２のダイヤフラム２６は、圧力による変化を受けても第２のゲージ抵抗７の抵抗値はほぼ変化しない。そのため、第２のゲージ抵抗７は温度による変化に対して抵抗値が変化する。
【００３６】
図１に示すように、アクティブゲージ抵抗形成部１０１に形成された２つのゲージ抵抗７と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２に形成された２つのゲージ抵抗７とがポリシリコン配線７ａを介してブリッジ結線されている。これにより、アクティブゲージ抵抗形成部１０１の第１ダイヤフラム２５が圧力により変位した場合に、ゲージ抵抗７の抵抗値が変化して、圧力に応じた出力電圧が発生する。また、温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２のゲージ抵抗７の温度変化による抵抗値の変化が、アクティブゲージ抵抗形成部１０１のゲージ抵抗７の圧力変化および温度変化による抵抗値の変化よりブリッジ回路で差し引かれることにより、温度によるひずみの影響が補償されている。このようにして、半導体圧力センサ１００として温度依存性が除去されている。
【００３７】
なお、上記ではアクティブゲージ抵抗形成部１０１と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とがアルミニウム配線１２ａで結線されたが、図８に示すようにアクティブゲージ抵抗形成部１０１と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２のそれぞれに直接アルミニウムパッド１２が接続されていても良い。第１および第２のダイヤフラム２５、２６やシリコン基板１の厚さの薄い箇所では、アルミニウムの応力の影響により特性が悪化することがある。面積の小さいアルミニウムパッド１２を使用することでアルミニウムの応力の影響により特性が悪化することを抑制し得る。
【００３８】
なお、上記では、第１および第２のダイヤフラム２５、２６が互いに線対称の構造を有し、かつ第１および第２のゲージ抵抗７が互いに線対称の構造を有している場合を説明したが、線対称に限定されず、点対称の構造を有していてもよい。また、図８に示すように、同一の構造からなっていてもよい。
【００３９】
また、上記では、アクティブゲージ抵抗形成部１０１と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とが線対称の構造からなっている場合を説明したが、線対称の構造に限定されず点対象の構造を有していてもよい。また図８に示すように、同一の構造からなっていてもよい。
【００４０】
次に、本実施の形態の半導体圧力センサの製造方法について説明する。
図３を参照して、互いに対向する第１主表面１ａおよび第２主表面１ｂを有する基板１が準備される。第２主表面１ｂの結晶方位が（１００）面のシリコン基板１が使用される。シリコン基板１上に第１絶縁膜２がたとえば熱酸化膜で形成される。第１および第２のダイヤフラム２５、２６（図２）およびアンカー部２１が形成される位置の第１絶縁膜２がエッチングにより開口される。
【００４１】
次にその開口部を充填するように、第１絶縁膜２上にポリシリコン犠牲膜３がたとえばドープドポリシリコン膜で形成される。
【００４２】
図４を参照して、ポリシリコン犠牲膜３にはダイヤフラム底面１０ａを取り囲むように開口部３１が形成される。なお、ダイヤフラム底面１０ａは、第２主表面１ｂからシリコンエッチングされて貫通穴４１がポリシリコン犠牲膜３に到達した直後の開口されたポリシリコン犠牲膜３の形状を示している。
【００４３】
次に第２絶縁膜４がたとえばＴＥＯＳで形成される。この第２絶縁膜４は開口部３１で第１絶縁膜２と接しており、第１絶縁膜２と第２絶縁膜４とが第２主表面１ｂからシリコンエッチングされる際のエッチングストッパーとなる。第２絶縁膜４には、アンカー部２１を形成する領域に基づいて、第１および第２のダイヤフラム２５、２６（図２）を取り囲むように開口部３２が設けられる。またポリシリコン犠牲膜３と第２絶縁膜４とにより第１および第２のダイヤフラム２５、２６（図２）のサイズが決定される。このようにして、第１および第２のダイヤフラム２５、２６（図２）およびアンカー部２１が形成される所定の領域を周方向から取り囲むように、第１絶縁膜２にシリコン基板１の第１主表面１ａを露出する開口部３２が形成される。
【００４４】
次にアクティブゲージ抵抗形成部１０１と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２との両方のダイヤフラムとなるポリシリコン膜５がたとえばドープドポリシリコン膜で形成される。ポリシリコン膜５は応力制御することによりリリースされた際にフラットな面になるように形成される。こうして、第１および第２のダイヤフラム２５、２６（図２）となるポリシリコン膜５が第２絶縁膜４の開口部３２に充填されて、ポリシリコン犠牲膜３の部分につながり、ポリシリコン犠牲膜３の部分が第１絶縁膜２の開口部に充填されてシリコン基板１とつながることで、アンカー部２１が形成される。
【００４５】
次に第１および第２のダイヤフラム２５、２６（図２）となるポリシリコン膜５上にたとえばＨＴＯなどの第３絶縁膜６がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりデポジションされる。
【００４６】
次にポリシリコン配線７ａとゲージ抵抗７（図１）とが第３絶縁膜６上の所定の位置に形成される。ポリシリコン配線７ａとゲージ抵抗７とはたとえばアンドープドポリシリコン膜にＢ（ボロン）などの不純物が注入されて形成される。
【００４７】
次にポリシリコン配線７ａを覆うように第４絶縁膜８が形成される。その後第５絶縁膜９が形成される。そして、アルミニウム配線１２ａが形成される。これで第１主表面１ａ側のパターン形成が完了する。
【００４８】
次にシリコン基板１の第２主表面に研磨処理が施されて２００μｍ程度に薄膜化される。その後、図３に示すように、シリコン基板１の第２主表面１ｂの領域に所定のダイヤフラムエッチングマスク１０が形成される。ダイヤフラムエッチングマスク１０は、写真製版の重ね合わせズレ、シリコンエッチングの際のサイドエッチング量を考慮して形成される。つまりダイヤフラムエッチングマスク１０は、シリコン基板１がエッチングされてポリシリコン犠牲膜３に貫通穴４１が達した場合に、温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２のポリシリコン犠牲膜３にダイヤフラム底面１０ａがあたらないように形成される。  
【００４９】
また、ダイヤフラムエッチングマスク１０は、ダイヤフラム底面１０ａがアクティブゲージ抵抗形成部１０１のポリシリコン犠牲膜３から外れないように形成される。すなわち、図７に示すように、たとえば写真製版の重ね合わせズレなどが発生した場合には温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２のポリシリコン犠牲膜３がエッチングされる。この場合には、温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２が圧力の変化の影響を受けるため、温度補償が正確に行われない。
【００５０】
次に図４に示すようにシリコン基板１にダイヤフラムエッチングマスク１０を介してエッチングが施される。図５に示すように、ダイヤフラム底面１０ａが形成された後、エッチングが継続されることにより、シリコン基板１およびポリシリコン犠牲膜３がサイドエッチングされる。図６に示すように、更にエッチングが継続されることにより、シリコン基板１に形成された貫通穴４１が大きく形成される。
【００５１】
シリコン基板１のエッチングは、たとえばＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）などのアルカリエッチング液で行わる。ポリシリコン犠牲膜３が完全に除去されるまで行なわれる。第２絶縁膜４がエッチングストッパーとなる。これにより、第２絶縁膜４の部分の表面が露出される態様で貫通穴４１が形成される。シリコンエッチングがＴＭＡＨで行われ、第２絶縁膜４がＴＥＯＳなどの酸化膜で形成された場合、十分なエッチング選択比が得られ容易に第１のダイヤフラム２５が形成される。
【００５２】
最後にＨＦ（フッ化水素）処理で第２絶縁膜４およびダイヤフラムエッチングマスク１０が除去される。これにより第１のダイヤフラム２５が形成される所定の領域内に位置する第１絶縁膜２および第２絶縁膜４の部分が除去される。第１のダイヤフラム２５となるポリシリコン膜５を貫通穴４１から露出することにより、アクティブゲージ抵抗形成部１０１の第１ダイヤフラム２５が形成される。
【００５３】
次に本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、第１のダイヤフラム２５が圧力変化を受けることにより第１のゲージ抵抗７の抵抗値が変化する。しかし、温度によっても第１のゲージ抵抗７の抵抗値は変化する。このため、第１のダイヤフラム２５単体では、第１のゲージ抵抗７の圧力変化のみの抵抗値の変化を測定することは難しい。一方、第２のダイヤフラム２６は、ポリシリコン膜５の下部に空間を有していないため圧力による変化を受けても第２のゲージ抵抗７の抵抗値はほぼ変化しない。そのため、第２のゲージ抵抗７は温度による変化に対して抵抗値が変化する。
【００５４】
ここで本実施の形態では、第１および第２のダイヤフラム２５、２６が互いに同一または対称の構造を有し、かつ第１および第２のゲージ抵抗７が互いに同一または対称の構造を有している。このため、第１のダイヤフラム２５の温度変化による第１のゲージ抵抗７の抵抗値の変化を第２のダイヤフラム２６で測定することができる。
【００５５】
これにより、第１のゲージ抵抗７が測定した圧力および温度による抵抗値の変化から第２のゲージ抵抗７が測定した温度による抵抗値の変化を除くことができる。これにより半導体圧力センサ１００は、温度補償を高精度に行なうことができる。したがって、半導体圧力センサ１００は、圧力による変化を正確に測定することができる。
【００５６】
また、圧力を測定するためのアクティブゲージ抵抗形成部１０１は、第１のダイヤフラム２５および第１のゲージ抵抗７に加えて、ポリシリコン配線７ａやコンタクト部１１などを有している。また温度補償用の温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２は、第２のダイヤフラム２６および第２のゲージ抵抗７に加えて、ポリシリコン配線７ａやコンタクト部１１などを有している。したがって、アクティブゲージ抵抗形成部１０１と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とを互いに同一または対称の構造とすることによって、第１および第２のダイヤフラム２５、２６並びに第１および第２のゲージ抵抗７に加えて、ポリシリコン配線７ａやコンタクト部１１などの温度特性による影響も補償することができる。また、パターニングが容易となるので生産性を向上することができる。
【００５７】
アクティブゲージ抵抗形成部１０１と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２とがブリッジ結線されることによって半導体圧力センサ１００の温度依存性を除去することができる。
【００５８】
また、アクティブゲージ抵抗形成部１０１の第１のダイヤフラム２５と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２の第２のダイヤフラム２６とが共通のアンカー部２１を有しているので半導体圧力センサ１００の小型化を行なうことができる。
【００５９】
続いて、本実施の形態の作用効果を比較例と対比して説明する。
一般的な半導体圧力センサでは、表面側のゲージ抵抗と裏面側のダイヤフラムエッチングマスクの重ね合わせズレが１０μｍ程度ある。またダイヤフラムエッチングの際のサイドエッチング量のばらつきが１０μｍ程度ある。上記のズレやばらつきのため、一般的な半導体圧力センサでは小型化することが困難である。また、一般的な半導体圧力センサでは、ダイヤフラム厚みの制御はエッチング時間の制御で行われるため、作業効率が悪く、また精度も十分ではない。さらに研磨後のウェハ厚みのばらつきやウェハ面内のエッチング量のばらつきのためダイヤフラムの厚みを薄くすることが困難である。
【００６０】
一方、本実施の形態によれば、ポリシリコン犠牲膜３がエッチングされることにより、アンカー部２１によって基板１と接する第１および第２のダイヤフラム２５、２６が形成される。そのため、第１および第２のダイヤフラム２５、２６の面積は、第１および第２のダイヤフラム２５、２６の外周部に形成されるアンカー部２１によって決定される。
【００６１】
また、第１および第２のダイヤフラム２５、２６の厚みは、ポリシリコン犠牲膜３がエッチングされた後のアンカー部２１のシリコン基板１からの高さとポリシリコン膜５の膜厚とで決定される。また、アンカー部２１やゲージ抵抗７が形成される位置は、第１主表面１ａ側の写真製版の精度で決まる。
【００６２】
つまり、シリコン基板１の第１主表面１ａ側のポリシリコン犠牲膜３およびポリシリコン膜５の成膜の精度、写真製版を含む加工精度およびゲージ抵抗７とアンカー部２１との重ね合わせ精度などで第１および第２のダイヤフラム２５、２６の面積、厚さおよび位置を制御することができる。その結果、第１および第２のダイヤフラム２５、２６はアンカー部２１によってシリコン基板１と正確に支持され得る。このため、高精度で小型の半導体圧力センサを得ることができる。
【００６３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１と比較して、シリコン基板１のエッチングが主に異なっている。
【００６４】
図９を参照して、ダイヤフラムエッチングマスク１０が実施の形態１と比較して、平面視においてゲージ抵抗７の長手方向に沿って長細い形状を有している。また、平面視においてダイヤフラム底面１０ａが平行四辺形の形状を有している。
【００６５】
図１０を参照して、シリコン基板１に形成された貫通穴４１は、第２主表面１ｂから第１主表面１ａの中間部分まで、第２主表面１ｂから第１主表面１ａに向かってほぼ垂直に形成されている。第２主表面１ｂから第１主表面１ａの中間部分から第１主表面１ａに向かって、貫通穴４１は幅が拡くなるように形成されている。
【００６６】
図１１を参照して、第２主表面１ｂの結晶方位が（１１０）面のシリコン基板１が使用される。その後、実施の形態１と同様の製造方法により、第１主表面１ａ側のパターン形成が完了する。続いて、第２主表面１ｂに＜１１１＞方向にエッチングするようにダイヤフラムエッチングマスク１０が形成される。図１２を参照して、シリコン基板１の貫通穴４１の壁面は垂直加工される。この結果、ダイヤフラム底面１０ａが形成される。図１３を参照して、その後エッチングが継続されることにより、シリコン基板１およびポリシリコン犠牲膜３がサイドエッチングされる。
【００６７】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
以上により、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の作用効果を有する。
また、シリコン基板１の第２主表面１ｂの（１１０）面を＜１１１＞方向にエッチングすることで、シリコン基板１の壁面の一部を垂直加工することができる。これにより、温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２にまでアクティブゲージ抵抗形成部１０１のシリコン基板１のエッチングが及ぶことが抑制される。したがって、より精度よくアクティブゲージ抵抗形成部１０１の第１のダイヤフラム２５と温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部１０２の第２のダイヤフラム２６とを形成することができる。
【００６９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態１と比較して、ゲージ抵抗７とポリシリコン配線７ａが主に異なっている。
【００７０】
図１４を参照して、ダミーポリシリコン（ダミーパターン）７ｂがゲージ抵抗７の長手方向と交差する方向に沿って複数形成されている。ダミーポリシリコン７ｂは、平面視におけるゲージ抵抗７の幅および間隔と同様の幅と間隔で配列されている。
【００７１】
図１５を参照して、ポリシリコン配線７ａと同じポリシリコン膜からなるダミーポリシリコン７ｂが第３絶縁膜６上に形成されている。また、ゲージ抵抗７がダミーポリシリコン７ｂの隣に形成されている。
【００７２】
図１５に示すように、ダミーポリシリコン７ｂが第３絶縁膜６上に形成される。ダミーポリシリコン７ｂは、たとえばアンドープドポリシリコン膜にＢなどの不純物が注入されて形成される。
【００７３】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
以上により、本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の作用効果を有する。
また、第１および第２のゲージ抵抗７の断面積を小さくすることによって、第１および第２のゲージ抵抗７のピエゾ抵抗係数を大きくすることができる。しかし、第１および第２のゲージ抵抗７の幅を小さくすると写真製版のレジスト幅のばらつきやエッチングの際のばらつきの影響が大きくなる。第１および第２のゲージ抵抗７の幅および間隔と同様の幅と間隔で配列されたダミーポリシリコン７ｂを複数形成することにより、パターニングの精度が向上する。これにより、上記のばらつきを小さくすることができる。
【００７５】
したがって、第１および第２のゲージ抵抗７の幅および断面積を小さくすることによって、第１および第２のゲージ抵抗７のピエゾ抵抗係数を大きくすることができる。よって、より高感度の半導体圧力センサを得ることができる。
【００７６】
また、上記のばらつきを小さくすることにより、より精度よく第１のゲージ抵抗７と第２のゲージ抵抗７とを形成することができる。
【００７７】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、温度補償が可能な半導体圧力センサおよびその製造方法に特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７９】
１  シリコン基板、２  第１絶縁膜、３  ポリシリコン犠牲膜、４  第２絶縁膜、５  ポリシリコン膜、６  第３絶縁膜、７  ゲージ抵抗、７ａ  ポリシリコン配線、７ｂ  ダミーポリシリコン、８  第４絶縁膜、９  第５絶縁膜、１０  ダイヤフラムエッチングマスク、１０ａ  ダイヤフラム底面、１１  コンタクト部、１２  アルミニウムパッド、１２ａ  アルミニウム配線、２１  アンカー部、２５  第１ダイヤフラム、２６  第２ダイヤフラム、３１  開口部、３２  開口部、４１  貫通穴、１００  半導体圧力センサ、１０１  アクティブゲージ抵抗形成部、１０２  温度補償用ダミーゲージ抵抗形成部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１４】
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