(57)【要約】【課題】半導体圧力センサの低背化を実現する。【解決手段】半導体圧力センサ１が、エッチングによって形成された凹部２１を表面に有する第１半導体基板２と、この第１半導体基板２の表面に貼り合わせられ、当該第１半導体基板２の凹部２１に対応する部分がダイヤフラム部３１として機能する薄膜化された第２半導体基板３とで構成されている。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングによって形成された凹部を表面に有する第１半導体基板と、
前記第１半導体基板の表面に貼り合わせられ、当該第１半導体基板の前記凹部に対応する部分がダイヤフラム部として機能する薄膜化された第２半導体基板と
で構成されていることを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記第１半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層と当該半導体層の前記凹部以外の表面に形成された絶縁体層とを有し、前記第２半導体基板は、半導体層を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記第１半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層と当該半導体層の前記凹部を含む表面に形成された絶縁体層を有し、前記第２半導体基板は、半導体層を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
前記第１半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層を有し、前記第２半導体基板は、絶縁体層と当該絶縁体層の表面に形成された半導体層とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項５】
前記ダイヤフラム部の半導体層の裏面に不純物拡散によって形成された可動電極と、
前記第２半導体基板の半導体層の裏面に形成された、前記可動電極からの電気信号を外部へ引き出すための拡散配線と
を備えたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体圧力センサ。
【請求項６】
前記可動電極の対極となる固定電極が前記第１半導体基板であることを特徴とする請求項５に記載の半導体圧力センサ。
【請求項７】
前記第１半導体基板の前記凹部に不純物拡散によって形成された前記可動電極の対極となる固定電極を備えたことを特徴とする請求項５に記載の半導体圧力センサ。
【請求項８】
前記第１半導体基板の半導体層の表面に形成された、前記固定電極からの電気信号を外部へ引き出すための拡散配線を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体圧力センサ。
【請求項９】
前記拡散配線をエッチングストップ層としたエッチングによって当該半導体圧力センサの表面に形成された出力電極用凹部と、
前記出力電極用凹部に金属薄膜によって形成された出力電極と
を備えたことを特徴とする請求項５又は８に記載の半導体圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
圧力の印加に伴うダイヤフラム構造の変位を検出することにより圧力を検出する半導体圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤフラム部を有するシリコン基板の裏面とガラス基板の表面とを真空雰囲気中で陽極接合することにより圧力基準室が設けられた半導体圧力センサが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−５７４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の半導体圧力センサでは、シリコン基板の厚さは、ダイヤフラム部を形成する際のハンドリングを考慮すると数百μｍ程度必要であり、また、ガラス基板の厚さは、圧力基準室の気密性を考慮すると数百μｍ程度必要である。このため、従来の半導体圧力センサでは半導体圧力センサの低背化が困難であった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、低背化を実現することができる半導体圧力センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体圧力センサは、上記の課題を解決するために、エッチングによって形成された凹部を表面に有する第１半導体基板と、第１半導体基板の表面に貼り合わせられ、当該第１半導体基板の凹部に対応する部分がダイヤフラム部として機能する薄膜化された第２半導体基板とで構成されていることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第１半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層と当該半導体層の凹部以外の表面に形成された絶縁体層とを有し、第２半導体基板は、半導体層を有することを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第１半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層と当該半導体層の凹部を含む表面に形成された絶縁体層を有し、第２半導体基板は、半導体層を有することを特徴としている。
【０００８】
さらにまた、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第１半導体基板は、エッチングによって形成された凹部を表面に有する半導体層を有し、第２半導体基板は、絶縁体層と当該絶縁体層の表面に形成された半導体層とを有することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、ダイヤフラム部の半導体層の裏面に不純物拡散によって形成された可動電極と、第２半導体基板の半導体層の裏面に形成された、可動電極からの電気信号を外部へ引き出すための拡散配線とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、可動電極の対極となる固定電極が第１半導体基板であることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第１半導体基板の凹部に不純物拡散によって形成された可動電極の対極となる固定電極を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、第１半導体基板の半導体層の表面に形成された、固定電極からの電気信号を外部へ引き出すための拡散配線を備えたことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の半導体圧力センサは、上記に加えて、拡散配線をエッチングストップ層としたエッチングによって当該半導体圧力センサの表面に形成された出力電極用凹部と、出力電極用凹部に金属薄膜によって形成された出力電極とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体圧力センサによれば、第１半導体基板の厚さは、凹部を形成する際のハンドリングを考慮しても数百μｍ程度で済み、また、第２半導体基板の厚さは、圧力基準室の気密性を考慮しても数μｍ〜数十μｍ程度で済むので、従来の半導体圧力センサと比較して半分程度の低背化を実現することができ、また、すべてのプロセスが完了した後に当該半導体圧力センサの表面を研磨することでより一層の低背化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる半導体圧力センサについて説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
まず、図１−１及び図１−２を参照して、本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサの構成について説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサ１は、図１−１（ａ），（ｂ）に示すように、エッチングによって形成された凹部２１を表面に有する第１半導体基板２と、この第１半導体基板２の表面に貼り合わせられ、当該第１半導体基板２の凹部２１に対応する部分がダイヤフラム部３１として機能する薄膜化された第２半導体基板３とで構成され、ダイヤフラム部３１と凹部２１で囲まれた空間が圧力基準室として機能する。なお、第１半導体基板２と第２半導体基板３とを貼り合わせる方法としては、半導体基板同士を貼り合わせる方法として一般的なフュージョンボンディングや表面活性化結合などを例示することができる。
【００１８】
第１半導体基板２は、エッチングによって形成された凹部２１を表面に有する半導体層２２（たとえば、シリコン層）と当該半導体層２２の凹部２１以外の表面に形成された絶縁体層２３（たとえば、酸化シリコン層）とを有する。第２半導体基板３は、半導体層３２と当該半導体層３２の表面（第１半導体基板２の凹部２１に対応する部分を除く。）に形成された絶縁体層３３ｂとを有する。なお、第１半導体基板２の絶縁体層２３は、必ずしも、当該半導体層２２の凹部２１以外の表面に形成されていなくともよく、図１−２（ｃ）に示すように、当該半導体層２２の凹部２１を含む表面に形成されていてもよい。
【００１９】
半導体圧力センサ１の表面には後述する拡散配線２４，３４をエッチングストップ層としてエッチングすることにより出力電極用凹部４，５が形成され、この出力電極用凹部４，５を含む半導体圧力センサ１の表面には金属薄膜によって出力電極６，７が形成されている。
【００２０】
半導体層２２の表面の出力電極用凹部４に対応する位置には、高濃度のｐ型不純物（たとえば、ボロン）を拡散させることにより拡散配線２４が形成されている。半導体層３２の裏面のダイヤフラム部３１から出力電極用凹部５に対応する位置には、高濃度のｐ型不純物を拡散させることにより拡散配線３４が形成されている。半導体層３２のダイヤフラム部３１に対応する位置には、高濃度のｐ型不純物を拡散させることにより可動電極３５が形成され、この可動電極３５は、拡散配線３４と連続的に接続されている。
【００２１】
以上のように構成された半導体圧力センサ１では、ダイヤフラム部３１の表面側に圧力が加わると、ダイヤフラム部３１の表面側と裏面側との間に差圧が生じることによりダイヤフラム部３１が撓み、このダイヤフラム部３１の撓みにより可動電極３５と固定電極（半導体層２２）との間の距離が変化して静電容量が変化する。このため、本発明の第１実施形態によれば、拡散配線２４，３４及び出力電極６，７を介して出力電圧の変化を検出することによりダイヤフラム部３１に印加された圧力を検出することができる。
【００２２】
また、この半導体圧力センサ１では、たとえば、第１半導体基板２及び第２半導体基板３としてシリコン基板を用いた場合、第１半導体基板２の厚さは、凹部２１を形成する際のハンドリングを考慮しても数百μｍ程度で済み、また、第２半導体基板３の厚さは、圧力基準室の気密性を考慮しても数μｍ〜数十μｍ程度で済む。このため、本発明の第１実施形態によれば、従来の半導体圧力センサ１と比較して半分程度の低背化を実現することができ、また、すべてのプロセスが完了した後に当該半導体圧力センサ１の表面を研磨することでより一層の低背化を実現することができる。
【００２３】
さらに、この半導体圧力センサ１では、ダイヤフラム部３１の可動電極３５からの電気信号が拡散配線３４により外部へ引き出される。このため、本発明の第１実施形態によれば、第１半導体基板２と第２半導体基板３の接合面に金属配線が存在せず、圧力基準室の気密性を高めることができ、また、金属配線を形成する際のウェハ汚染の心配もなく、後工程の制限が無くなる。
【００２４】
さらにまた、この半導体圧力センサ１では、第１半導体基板２の半導体層２２の表面に絶縁体層２３が形成されている。このため、本発明の第１実施形態によれば、可動電極３５から固定電極２５までの距離を絶縁体層２３の厚さにより調整することができ、半導体圧力センサ１のオフセット電圧を精度よく設定することができる。
【００２５】
また、この半導体圧力センサ１は、第１半導体基板２と第２半導体基板３とで構成されている。このため、本発明の第１実施形態によれば、従来の半導体圧力センサと比較してダイシング時のブレードの摩耗を抑えることができ、半導体圧力センサ１の製造コストを低減することができる。
【００２６】
また、この半導体圧力センサ１では、拡散配線２４，３４をエッチングストップ層としてエッチングすることにより当該半導体圧力センサ１の表面に出力電極用凹部４，５が形成されている。このため、本発明の第１実施形態によれば、出力電極６，７を容易に形成することができ、金属配線を使用せずに可動電極３５及び固定電極（半導体層２２）からの電気信号を外部へ引き出すことができる。
【００２７】
［第２実施形態］
つぎに、図２−１及び図２−２を参照して、本発明の第２実施形態となる半導体圧力センサの構成について第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２８】
本発明の第２実施形態となる半導体圧力センサ１は、第１実施形態と異なり、図２−１及び図２−２に示すように、半導体層２２の表面の凹部２１から出力電極用凹部４に対応する位置には、高濃度のｐ型不純物を拡散させることにより拡散配線２４が形成されている。また、半導体層２２の凹部２１に対応する位置には、高濃度のｐ型不純物を拡散させることにより固定電極２５が形成され、この固定電極２５は、拡散配線２４と連続的に接続されている。
【００２９】
以上のように構成された半導体圧力センサ１では、第１半導体基板２の固定電極２５からの電気信号が拡散配線２４により外部へ引き出される。このため、本発明の第２実施形態によれば、第１半導体基板２と第２半導体基板３の接合面に金属配線が存在せず、圧力基準室の気密性を高めることができ、また、金属配線を形成する際のウェハ汚染の心配もなく、後工程の制限が無くなる。
【００３０】
また、この半導体圧力センサ１では、高濃度のｐ型不純物を拡散させることにより第１半導体基板２の拡散配線２４及び固定電極２５が形成されている。このため、本発明の第２実施形態によれば、拡散プロセスにより拡散配線２４及び固定電極２５を一括して形成することができる。
【００３１】
なお、上記の第１，２実施形態では、第１半導体基板２は、エッチングによって形成された凹部２１を表面に有する半導体層２２と当該半導体層２２の表面に形成された絶縁体層２３とを有し、第２半導体基板３は、半導体層３２と当該半導体層３２の表面（第１半導体基板２の凹部２１に対応する部分を除く。）に形成された絶縁体層３３ｂとを有するが、他の実施形態では、図３，４に示すように、第１半導体基板２は、エッチングによって形成された凹部２１を表面に有する半導体層２２を有し、第２半導体基板３は、絶縁体層３３ａと当該絶縁体層３３ａの表面に形成された半導体層３２と当該半導体層３２の表面（第１半導体基板２の凹部２１に対応する部分を除く。）に形成された絶縁体層３３ｂとを有してもよい。これらの場合においても、上記の第１，２実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、上記の実施形態に基づいて当業者によってなされる他の実施形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範囲に含まれることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１−１】本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ａ）表面図、（ｂ）断面図である。
【図１−２】本発明の第１実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ｃ）変形例の断面図である。
【図２−１】本発明の第２実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ａ）表面図、（ｂ）断面図である。
【図２−２】本発明の第２実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ｃ）変形例の断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ａ）表面図、（ｂ）断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態となる半導体圧力センサの構成を示す（ａ）表面図、（ｂ）断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：半導体圧力センサ
２：第１半導体基板
２１：凹部
２２：半導体層
２３：絶縁体層
２４：拡散配線
２５：固定電極
３：第２半導体基板
３１：ダイヤフラム部
３２：半導体層
３３ａ，３３ｂ：絶縁体層
３４：拡散配線
３５：可動電極
４，５：出力電極用凹部
６，７：出力電極
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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