(57)【要約】【課題】非常に小型の半導体圧力センサーにおいて、ダイヤフラムに対して十分に強い強度を確保しつつ、高感度を達成する。【解決手段】被測定圧力を受けて変位可能なダイヤフラム１が、ｎ型シリコン単結晶領域２とその表裏に形成された絶縁膜によって形成されている。ｎ型シリコン単結晶領域２には、ダイヤフラム１の部分において、歪み検出素子として機能する拡散抵抗層７が形成されている。ｎ型シリコン単結晶領域２の、拡散抵抗層７が形成された表面上の絶縁膜であるＳｉＯ膜４とＳｉＮ膜５の合計膜厚は、裏面上の絶縁膜であるＳｉＯＮ膜３の膜厚より薄い。【選択図】図１
2006003102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の単結晶半導体基板と、該単結晶半導体基板の表面側に形成された少なくとも１つの第２の導電型の歪み検出素子とを有し、前記単結晶半導体基板は、少なくとも一部が、被測定圧力が加わることによって変位可能なダイヤフラムを形成しており、該ダイヤフラムの変位を前記歪み検出素子を用いて検出することによって前記被測定圧力を測定する半導体圧力センサーにおいて、
前記単結晶半導体基板の、少なくとも前記ダイヤフラムを構成する部分の表裏面には絶縁膜が形成されており、前記単結晶半導体基板の前記表面側の前記絶縁膜の厚さより、裏面側の前記絶縁膜の厚さの方が厚いことを特徴とする半導体圧力センサー。
【請求項２】
前記単結晶半導体基板はシリコン基板である、請求項１に記載の半導体圧力センサー。
【請求項３】
前記裏面側の絶縁膜の熱膨張係数は前記単結晶半導体基板の熱膨張係数よりも大きい、請求項１または２に記載の半導体圧力センサー。
【請求項４】
前記裏面側の絶縁膜は、窒素とシリコンが主成分の材料から形成されている、請求項３に記載の半導体圧力センサー。
【請求項５】
前記裏面側の絶縁膜はＳｉ3Ｎ4から形成されている、請求項４に記載の半導体圧力センサー。
【請求項６】
前記単結晶半導体基板の、前記ダイヤフラムを構成する部分の膜厚が３μｍ以下であり、膜厚むらが１％以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体圧力センサー。
【請求項７】
多孔質層を有する第１の基体の前記多孔質層上に第１の導電型の非多孔質単結晶半導体層を形成する工程と、
前記非多孔質単結晶半導体層を、絶縁膜を介して第２の基体と貼りあわせて貼りあわせ体を形成する工程と、
前記貼りあわせ体を、前記多孔質層をその厚さ方向に分離して分割する工程と、
前記非多孔質単結晶半導体層上に残された前記多孔質層の部分を除去する工程と、
前記非多孔質単結晶半導体層の、前記多孔質層を除去することによって露出された面から第２の導電型の拡散抵抗層を形成する工程と、
前記非多孔質単結晶半導体層の、前記拡散抵抗層が形成された面上に、前記拡散抵抗層を含む検出回路を構成する金属配線と、総膜厚が、前記非多孔質単結晶半導体層と前記第２の基体との間の前記絶縁膜より薄い絶縁膜とを形成する工程と、
前記第２の基体の、前記絶縁膜を介して前記非多孔質単結晶半導体層と貼り合わせた面と反対側の面から前記絶縁膜までをエッチングにより除去して、被測定圧力によって変位可能なダイヤフラムを形成する工程とを有することを特徴とする、半導体圧力センサーの製造方法。
【請求項８】
前記第１の基体としてシリコン基板を用いる、請求項７に記載の、半導体圧力センサーの製造方法。
【請求項９】
前記非多孔質単結晶半導体層と前記第２の基体との間の前記絶縁膜の熱膨張係数は、前記非多孔質単結晶半導体層の熱膨張係数よりも大きい、請求項７または８に記載の、半導体圧力センサーの製造方法。
【請求項１０】
前記非多孔質単結晶半導体層と前記第２の基体との間の前記絶縁膜は、窒素とシリコンが主成分の材料から形成されている、請求項９に記載の、半導体圧力センサーの製造方法。
【請求項１１】
前記非多孔質単結晶半導体層と前記第２の基体との間の前記絶縁膜はＳｉ3Ｎ4から形成されている、請求項１０に記載の、半導体圧力センサーの製造方法。
【請求項１２】
前記非多孔質単結晶半導体層はエピタキシャル層である、請求項７から１１のいずれか１項に記載の、半導体圧力センサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体圧力センサー、特にダイヤフラムを用いた抵抗型圧力センサー、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体圧力センサーとしては、主要な構成として容量型やピエゾ抵抗型等の検出素子を用いたものが知られている。その中でも、１チップ化が可能なシリコン基板を用い、作成が容易なピエゾ抵抗型の検出素子を形成した半導体圧力センサーが様々な用途に使用されており、その測定圧力レンジも広範囲にわたっている。
【０００３】
図７は、特許文献１に開示された、容量型の検出素子を用いた従来例の圧力センサーの構成を模式的に示す断面図である。この圧力センサーは、シリコン基板５１を用いて形成された検出素子部５０を有している。検出素子部５０には、シリコン基板５１を、変位しやすいように薄くしたダイヤフラム５２が形成されている。このダイヤフラム５２に被測定圧力がかけられると、それによるダイヤフラム５２の歪みが検出素子を介して検出され、その検出信号によって圧力を測定することができる。ダイヤフラム５２の表裏には絶縁膜５３，５４が形成され、熱応力による歪みが発生しにくくなるように工夫されている。絶縁膜５３，５４は、互いに同じ材質で同様に形成されている。
【０００４】
また、抵抗型の検出素子６１を用いた圧力センサーにおいても、図８に示すように、ＳＩＭＯＸ(Separation by IMplanted OXygen)技術を用いて、同様にダイヤフラム６０の表裏を、互いに同様の構成の絶縁膜６２，６３によってサンドイッチ状に挟んだ構造になった圧力センサーが特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平０９−１９６７８６号公報
【特許文献２】特開平０５−３３２８号公報
【特許文献３】特開平０５−２１１１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体圧力センサーに対しては、生体内での圧力測定に用いたり、マイクロマシンに使用したりといった用途が考えられてきており、このために、半導体圧力センサーを非常に小さく形成し、なおかつその感度を高くすることが求められている。特に、１チップ化が可能なシリコンテクノロジーを用いた構成はこのような用途に適しているが、このような構成においてセンサーを小型化するためには、ダイヤフラムも非常に小さなものとする必要がある。
【０００６】
一般に、半導体圧力センサーにおける検出信号の変化は、圧力をかけた時のダイヤフラムの応力変化が大きいほど大きくなり、その結果、高い感度を得やすくなる。例えば、ピエゾ抵抗型の素子を用いた場合、検出信号を変化させる抵抗変化の大きさは、ピエゾ抵抗係数と応力の積に比例する値になる。一方、ダイヤフラムの応力の最大値は、ダイヤフラムの１辺の長さをｈ、ダイヤフラムの厚さをａとすると（ｈ／ａ）2に比例するため、ダイヤフラムの面積を小さくすると、圧力をかけた時のダイヤフラムの応力変化量が大きく低下し、感度が大きく低下する。したがって、ダイヤフラムを面積の小さなものとした場合、ダイヤフラムの厚さを非常に薄くすることによって、感度の向上を図るのが好ましい。
【０００７】
ところが、抵抗型の検出素子、すなわちピエゾ抵抗を用いた半導体圧力センサーにおいて、感度向上のためにダイヤフラムの厚さを薄くし、特に３μｍ未満にすると、シリコン層の表裏に絶縁膜を形成したサンドイッチ構造のダイヤフラムでは、ピエゾ抵抗部の位置が、応力がかかりにくいダイヤフラムの厚さ方向の中心部付近にきてしまい、このことが感度の低下につながる。また、感度向上のため薄膜化すると、シリコンでは構造的にも強度が十分でなくなり、ダイヤフラムとして張った状態に保つことが難しくなるという難点も生じる。また、薄膜化すると膜厚むらの、感度むらに対する影響が大きくなるため、膜厚むらの絶対値を極力抑制することが求められる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、非常に小型の半導体圧力センサーにおいて、ダイヤフラムが十分な強度を有する構成でありながら、高感度で精度も高い半導体圧力センサーおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明の半導体圧力センサーは、第１の導電型の単結晶半導体基板と、単結晶半導体基板の表面側に形成された少なくとも１つの第２の導電型の歪み検出素子とを有し、単結晶半導体基板は、少なくとも一部が、被測定圧力が加わることによって変位可能なダイヤフラムを形成しており、ダイヤフラムの変位を歪み検出素子を用いて検出することによって被測定圧力を測定する半導体圧力センサーにおいて、単結晶半導体基板の、少なくともダイヤフラムを構成する部分の表裏面には絶縁膜が形成されており、単結晶半導体基板の表面側の絶縁膜の厚さより、裏面側の前記絶縁膜の厚さの方が厚いことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、ダイヤフラムを薄くしても、表裏の絶縁膜によって十分な強度を得ることができ、また、表面側の絶縁膜の厚さが裏面側の絶縁膜の厚さより薄いため、単結晶半導体基板の表面に形成された歪み検出素子の位置は、ダイヤフラムの表面側に偏った位置になる。
【００１１】
本発明の半導体圧力センサーの製造方法は、多孔質層を有する第１の基体の前記多孔質層上に第１の導電型の非多孔質単結晶半導体層を形成する工程と、非多孔質単結晶半導体層を、絶縁膜を介して第２の基体と貼りあわせて貼りあわせ体を形成する工程と、貼りあわせ体を、多孔質層をその厚さ方向に分離して分割する工程と、非多孔質単結晶半導体層上に残された多孔質層の部分を除去する工程と、非多孔質単結晶半導体層の、多孔質層を除去することによって露出された面から第２の導電型の拡散抵抗層を形成する工程と、非多孔質単結晶半導体層の、拡散抵抗層が形成された面上に、拡散抵抗層を含む検出回路を構成する金属配線と、総膜厚が、非多孔質単結晶半導体層と第２の基体との間の絶縁膜より薄い絶縁膜とを形成する工程と、第２の基体の、絶縁膜を介して非多孔質単結晶半導体層と貼り合わせた面と反対側の面から絶縁膜までをエッチングにより除去して、被測定圧力によって変位可能なダイヤフラムを形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この製造方法によれば、薄く、膜厚均一性の高いダイヤフラムを形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体圧力センサーのダイヤフラムにおいて、単結晶半導体基板の表裏に絶縁膜を形成することによって、極めて薄くしても十分な強度を確保することができる。なおかつ、単結晶半導体基板の、歪み検出素子が形成された表面上の絶縁膜の厚さが、裏面上の絶縁膜の厚さよりも薄いことで、歪み検出素子が、圧力測定時に応力のかかりやすい、膜厚方向中心から偏った位置に配置され、それによって、歪み抵抗素子に有効に応力を作用させ、高い感度を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１，２は、本発明の第１の実施形態の半導体圧力センサーの模式図であり、図１は、ダイヤフラムの厚み方向の断面図、図２はダイヤフラムに平行な面内の要部の配置を示す模式図である。
【００１５】
この半導体圧力センサーは、歪み検出素子として機能するピエゾ抵抗素子として、ｎ型シリコン単結晶領域２に形成されたｐ型拡散抵抗層７を有している。ｐ型拡散抵抗層７は、所定の平面パターンで４つ形成されており、これらｐ型拡散抵抗層７が形成された、ｎ型シリコン単結晶領域２の表面上には酸化膜、すなわちＳｉＯ膜４が形成されている。ＳｉＯ膜４上には、所定の平面パターンでＡｌ金属配線（一般には、単に金属配線であればよい）６が形成されている。Ａｌ金属配線６は、ＳｉＯ膜４の、ｐ型拡散抵抗層７上に形成されたコンタクトホール４ａを介してｐ型拡散抵抗層７に接続され、Ａｌ金属配線層６と４つのｐ型拡散抵抗層７によって、検出回路としてのホイートストンブリッジ回路が形成されている。Ａｌ金属配線６が形成されたＳｉＯ膜４上にはさらにＳｉＮ膜５が形成されている。図示していないが、ＳｉＮ膜５には、所定の位置にＡｌ金属配線６を露出させる開口が形成されており、この部分が、外部回路との接続用のパッドとして利用される。
【００１６】
ｎ型シリコン単結晶領域２の、ｐ型拡散抵抗層７が形成されたのとは反対側である裏面には、ＳｉＯＮ膜３が形成され、さらに、ＳｉＯＮ膜３の裏面に支持部材が接合されている。支持部材は、中央の領域が削られ、この領域でＳｉＯＮ膜３が露出している。すなわち、この領域は、ｎ型シリコン単結晶領域２とその表裏の絶縁膜のみが残された薄い膜としてダイヤフラム１が形成されており、支持部材の残された部分が、ダイヤフラム１を支持する支持部８となっている。
【００１７】
図２に示すように、４つのｐ型拡散抵抗層７は、対向する２つがダイヤフラム１上に形成されており、これらは、ダイヤフラム１に圧力が加わった時に強い圧縮応力がかかるように、ダイヤフラム１のエッジ近傍に配置されている。また、ｐ型拡散抵抗層７の他の２つは、ダイヤフラム１と支持部８上の領域とにまたがって形成されている。この構成によれば、ダイヤフラム１に圧力が加わると、ダイヤフラム１が歪んで応力が発生し、それによって各ｐ型拡散抵抗層７のピエゾ抵抗係数が変化し、すなわち抵抗値が変化する。その結果、ｐ型拡散抵抗層７とＡｌ金属配線６によって形成されたホイートストンブリッジ回路の出力が変化し、それによって圧力を検出することができる。
【００１８】
本実施形態において、ダイヤフラム１の平面形状は、１辺が４００μｍの実質的な正方形である。各層の厚みは、ｎ型シリコン単結晶領域２が３．０μｍ、裏面のＳｉＯＮ膜３が１μm、表面のＳｉＯ膜４が２００ｎｍ、ＳｉＮ膜が２００ｎｍである。したがって、ダイヤフラム１の表面の絶縁膜（ＳｉＯＮ膜３およびＳｉＯ膜４）の合計の厚さは４００ｎｍであり、裏面の絶縁膜（ＳｉＯＮ膜３）の厚みより薄くなっている。ｐ型拡散抵抗層７を形成するｐ型領域は、ｎ型シリコン単結晶領域２表面から３００ｎｍの深さにｐｎ接合の境界がある。
【００１９】
各絶縁膜の線膨張係数は、製造方法によってもある程度は調節可能であり、本実施形態における各絶縁膜の線膨張係数は、ＳｉＯＮ膜３が２．９×１０-6／Ｋ、ＳｉＯ膜４が１．９×１０-6／Ｋ、ＳｉＮ膜５が３．１×１０-6／Ｋとなっており、ｎ型シリコン単結晶領域２に比べて、線膨張係数が大きくなっている。したがって、製造時の高温の状態から使用時の温度になることによって、ｎ型シリコン単結晶領域２に対して全体として引っ張り応力が加わり、それによって、ダイヤフラム１が張った状態になる構成となっている。
【００２０】
本実施形態の半導体圧力センサーでは、ダイヤフラム１の表面側の絶縁膜に比べて、裏面側の絶縁膜が厚くなっていることによって、ｐ型拡散抵抗層７は、ダイヤフラム１の厚み方向に見て、表面側に偏った位置に配置されている。ダイヤフラム１に圧力が加わった時、一般に、ダイヤフラム１の厚み方向に見ると、中央付近に比べて、表裏のいずれかに偏った位置の方が比較的大きな応力が生じる。そこで、本実施形態の構成では、ダイヤフラム１の厚み方向に見て表面側に偏った位置にｐ型拡散抵抗層７を配置することによって、ｐ型拡散抵抗層７に有効に応力がかかるようにし、感度を向上させることができる。特に、本実施形態の構成では、１μmのＳｉＮ絶縁膜をｎ型シリコン単結晶領域２の表面側に保護層として設け、表面絶縁膜の厚さを裏面絶縁膜とほぼ同じ膜厚とした半導体圧力センサーと比較して１０％感度が向上することが確認でき、線形性も良好であった。
【００２１】
次に、本実施形態の半導体圧力センサーの製造方法について図３を参照して説明する。
【００２２】
最初に、貼り合わせ法でＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を形成する。すなわち、まず、ｎ型の第１のシリコン基板１０にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって１μmのＳｉＯＮ膜３を形成する。そして、ＳｉＯＮ膜３に接触させてｐ型の第２のシリコン基板１１を重ね合わせた後、窒素雰囲気あるいは酸化雰囲気中で１１００℃、１時間の熱処理をし、貼り合わせ強度を向上させてＳＯＩ基板を形成する（図３（ａ））。
【００２３】
次に、研磨法によりｎ型の第１のシリコン基板１０を削り、およそ３μｍの厚みを残して、ｎ型シリコン単結晶領域２とする。ついで、ｎ型シリコン単結晶領域２上に、酸化膜１２を３０ｎｍ形成する。この酸化膜１２にレジストを塗布してｐ型拡散抵抗層７を作成する部分をパターニングする。そして、加速電圧６０ＫＶ、ドーズ量５×１０13/ｃｍ2でＢＦ2をイオン注入してｐ型拡散抵抗層７を形成する（図３（ｂ））。
【００２４】
次に、窒素中での１０００℃、３０分の熱処理により活性化させた後、洗浄工程で酸化膜１２を除去し、ついでプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ膜４を２００ｎｍ形成する。そして、ＳｉＯ膜４にコンタクトホール４ａをパターニングとドライエッチング法により形成後、Ａｌ金属配線６をスパッタ法で形成し、ホイートストンブリッジ回路を形成する。さらに表面にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜５を２００nm堆積させた後、パッドの開口（不図示）となる部分をパターニングし、ドライエッチング法でＡｌ金属配線６の一部を露出させる（図３（ｃ））。
【００２５】
ついで、裏面にＩＣＰ−ＲＩＥエッチング（Inductively-Coupled Plasma Reactive Ion Etching）用のマスクとして、プラズマ酸化膜１３を３μｍ堆積させる。そして、レジストを塗布し、表面のｐ型拡散抵抗層７の形成パターンに合わせてダイヤフラム１となる部分をパターニングする（図３（ｄ））。ついで、ＳＦ6およびＣ4Ｆ8ガスを用いたボッシュプロセスにより、ＩＣＰ−ＲＩＥにて第２のシリコン基板１１をエッチングする。この際のストッパーは、貼り合わせで形成した絶縁膜であるＳｉＯＮ膜３である。
【００２６】
このような製造方法によって、１辺が４００μｍと小さなダイヤフラム１でありながら、十分な強度を確保しつつダイヤフラム１の総膜厚を薄く、特にｎ型シリコン単結晶領域２の厚みを３μｍ以下とし、また、歪み検出素子として機能するｐ型拡散抵抗層７を、ダイヤフラム１の膜厚方向の表面側に偏った、圧力をかけた時に応力のかかりやすい位置に配置したダイヤフラム１を形成することができ、それによって、高感度な半導体圧力センサーを作製することができる。
【００２７】
なお、本実施形態は本発明を例示するものであり、詳細な膜構成は、本実施形態に示したものに特に限定されるわけではない。例えば裏面の絶縁膜を複数の膜から形成しても構わない。構造的には、裏面の絶縁膜が表面の絶縁膜より厚くて拡散抵抗層が相対的にダイヤフラム１の中心部から表面方向に偏った位置にくる構造であればよい。ダイヤフラム１が薄くなればなるほど絶縁膜の厚さは感度に大きく影響することになる。
【００２８】
さらに、シリコン層の厚みやダイヤフラム１の大きさにもよるが、高感度化のためにダイヤフラム１を薄くすると、ダイヤフラム１を張らせるためにシリコンに対して引っ張り応力を作用させる膜、すなわち熱膨張係数がシリコンよりも小さい材料で絶縁膜を構成することが重要になる。一般に、シリコン基板を用いる場合、製造方法にもよるが引っ張り応力を作用させる絶縁膜は窒素を含むシリコン絶縁膜によって形成することができ、プラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜、ＬＰ（低圧）−ＣＶＤ法で形成したＳｉ3Ｎ4膜が適当であるが、特にこれらに限定されないことは言うまでもない。
【００２９】
製造方法としても、貼り合わせ法で作製したＳＯＩ基板を使用する例を示したが、特に限定されず、例えば、特許文献３に示されているイオン注入法を用いた方法や、ＳＩＭＯＸ法などを用いても構わない。さらには、ＳＯＩ基板ではなく、通常のウエハを用い、異方性エッチング等のエッチング技術によってダイヤフラム１を形成しても構わない。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の半導体圧力センサーの断面図である。同図において、第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。また、ダイヤフラム１、ｐ型拡散抵抗層７、Ａｌ金属配線６の平面パターンは第１の実施形態と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００３０】
本実施形態の半導体圧力センサーにおいて、ダイヤフラム１の大きさは、１辺が約１００μｍであり、ｎ型シリコン単結晶領域２の厚みは１．０μｍである。ｎ型シリコン単結晶領域２の裏面には、Ｓｉ3Ｎ4膜１５が形成されており、その膜厚は４００ｎｍである。ｎ型シリコン単結晶領域２の表面には、熱酸化膜すなわちＳｉＯ2膜１６が形成されており、その膜厚は５０ｎｍ、ＳｉＯ2膜１６上に形成されたＳｉＮ膜５の膜厚は５０ｎｍである。したがって、裏面側の絶縁膜（Ｓｉ3Ｎ4膜１５）の厚さは、表面側の絶縁膜（ＳｉＯ2膜１６およびＳｉＮ膜５）の合計の厚さより厚い。ｐ型拡散抵抗層７のｐ型領域は表面から３００ｎｍの位置にｐｎ接合の境界がある。各絶縁膜の線膨張係数は、Ｓｉ3Ｎ4膜１５が３．６×１０-6／Ｋ、ＳｉＯ2膜１６が５×１０-7／Ｋ、ＳｉＮ膜５が２．２×１０-6／Ｋであり、Ｓｉ3Ｎ4膜１５の線膨張係数は、ｎ型シリコン単結晶領域２の線膨張係数より大きくなっている。これによって、ｎ型シリコン単結晶領域２に対して、全体として引っ張り応力が加わり、ダイヤフラム１を張った状態にすることができる。
【００３１】
図５に、表面に膜厚４００ｎｍのＳｉＮ絶縁膜を保護層として設け、表面の絶縁膜の厚さを裏面の絶縁膜とほぼ同じにした比較例の半導体圧力センサーと、本実施形態の半導体圧力センサーについて、圧力範囲０〜１００ｋＰａで圧力を加えた時の出力特性を示す。両面に４００ｎｍの絶縁膜を有する比較例に比べて、本実施形態の構成では、ｐ型拡散抵抗層７に応力がかかりやすく、その結果、出力値が大きくなり、すなわち高感度を得ることができる。図５から分かるように、圧力値にもよるが、本実施形態によれば、比較例の約４倍の出力値が得られている。
【００３２】
また、裏面に、Ｓｉ3Ｎ4膜１５の代わりに熱酸化膜を形成した場合、熱膨張係数の関係でダイヤフラム１を張った状態にすることができず、出力特性は大きく低下してしまった。すなわち、裏面にも、ｎ型シリコン単結晶領域２より線膨張係数が大きく、ｎ型シリコン単結晶領域２に対して引っ張り力を作用させる絶縁膜を設けるのが好ましい。
【００３３】
次に、本実施形態の圧力センサーの製造方法について図６を参照して簡単に説明する。図６は、本実施形態の製造方法を示す模式図であり、ダイヤフラム１の厚さ方向の断面図の形態で示されている。
【００３４】
まず比抵抗０．０１〜０．０２Ω・ｃｍのＰ型あるいはＮ型の第１の単結晶Ｓｉ基板（第１の基体）２０を用意する。そして、この単結晶Ｓｉ基板１０に対して、ＨＦ溶液中において陽極化成を行い、多孔質Ｓｉ層（多孔質層）２１を形成する（図６（ａ））。陽極化成条件は以下のとおりである。
電流密度：７（ｍＡ・ｃｍ-2）
陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ2Ｏ：Ｃ2Ｈ5ＯＨ＝１：１：１
時間：１１（分）
多孔質Ｓｉ層の厚み：１２（μｍ）
多孔質Ｓｉ層２１は、後述するように、ｎ型単結晶Ｓｉ層（非多孔質単結晶半導体層）２２として高品質のエピタキシャルＳｉ層を形成するのに用い、さらに分離層としても用いるものであり、一層に両方の機能を果たさせている。陽極化成に用いる溶液は、ＨＦ含有液であればよく、エタノールは用いなくてもよい。エタノールは、表面からの気泡の除去に有効であり、この機能を有する薬品として、エタノール以外のものを用いてもよい。このような薬品としては、例えば、メチルアルコール、イソプロピルアルコールなどの他のアルコール類、あるいは界面活性剤を用いることができる。また、これらの薬品を添加する代わりに、超音波などによって振動を加え、気泡を表面から脱離させてもよい。多孔質Ｓｉ層２１の厚さは、１２μｍに限られることはなく、数百μｍから０．１μｍ程度までにすることができる。
【００３５】
次に、この基板を酸素雰囲気中において４００℃で１時間酸化させる。この酸化により多孔質Ｓｉの孔の内壁は熱酸化膜で覆われる。
【００３６】
ついで、多孔質Ｓｉ層１１上にＣＶＤ法によりｎ型単結晶Ｓｉ層２２を１μｍエピタキシャル成長させる（図６（ｂ））。成長条件は以下の通りである。
ソースガス：ＳｉＨ2Ｃｌ2／Ｈ2
ガス流量：０．５／１８０（ｌ／ｍｉｎ）
ガス圧力：８０Ｔｏｒｒ
温度：９５０℃
成長速度：０．３μｍ／ｍｉｎ
実際のエピタキシャル成長に先立って、エピタキシャル装置内において水素雰囲気中でベークして、および/または、極少量のＳｉソースを供給して多孔質層表面の孔の開口を埋めて平滑にする。これによって、多孔質Ｓｉ層２１上のエピタキシャル成長であっても、欠陥密度が非常に低い（１０４cm-2以下）エピタキシャル層としてｎ型単結晶Ｓｉ層２２を形成することができる。
【００３７】
さらに、このｎ型単結晶Ｓｉ層２２の表面にＬＰ−ＣＶＤ法により４００ｎｍのＳｉ3Ｎ4膜１５を形成する（図６（ｃ））。この際、例えば薄い熱酸化膜を形成した後にＳｉ3Ｎ4膜１５を形成してもよい。
【００３８】
次に、第１の単結晶Ｓｉ基板２１とは別に用意したｐ型の第２のＳｉ基板２３を、Ｓｉ3Ｎ4膜１５上に接触させて重ね合わせ（図６(ｄ)）、窒素雰囲気あるいは酸化雰囲気中で１１００℃、１時間の熱処理を行い、貼り合わせ強度を向上させる。
【００３９】
次に、このように貼り合わせたウエハの多孔質Ｓｉ層２１部分にベベリングによって形成した隙間に、ウォータージェット装置の０．１５ｍｍのノズルから５００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で高圧の純水を、ウエハの貼り合わせ界面（表面）に平行な方向から噴射する。その際、
１）高圧の純水を、ベベリングによって形成された隙間に沿って移動する方向にノズルを走査させたり、
２）ウエハをウエハホルダーではさみながら自転させ、高圧の純水が、ウエハ外周の全方向から、ベベリングによって形成された隙間に注入されるようにしたり、
３)（１）（２）を併用したり、
して、このウエハを、ウエハ全面で、多孔質Ｓｉ層２１の部分で二分割に分離させる。
【００４０】
その結果、第１の単結晶Ｓｉ基板２０の表面には多孔質Ｓｉ層２１の一部のみが残り、元々、第１の単結晶Ｓｉ基板２０に形成されていたＳｉ3Ｎ4膜１５、ｎ型単結晶Ｓｉ層２２、および多孔質Ｓｉ層２１の一部が、第２のＳｉ基板上に移設される。
【００４１】
この際、ウォータージェットで分離する代わりに、気体ジェット挿入や固体くさび挿入、あるいは引っ張り、せん断力印加、超音波印加などの方法で分離を実行することもできる。
また、さらには、分離せずに、２枚の基板を貼り合わせたウエハを、第１の単結晶Ｓｉ基板２０の裏面側から研削、研磨、エッチングなどを行って、多孔質Ｓｉ層２１の全面を表出させてもよい。その際は、
ａ）多孔質Ｓｉ層２１まで一気に研削する
ｂ）多孔質Ｓｉ層２１の直前まで研削して、残りのバルクＳｉは、ＲＩＥ（ドライエッチング）あるいはウェットエッチングで除去する
ｃ）多孔質Ｓｉ層２１の直前まで研削して、残りのバルクＳｉは、研磨で除去する
ことにより、多孔質Ｓｉ層２１の全面を表出させる。
【００４２】
次いで、この多孔質Ｓｉ層２１の表出した基体の多孔質Ｓｉ層２１のみを均一に選択エッチングする。この際のエッチング方法を以下に述べる。
【００４３】
エッチング液は、４９％弗酸と３０％過酸化水素水と水との混合液を用いる。Ｓｉに対してエッチング作用のあるエッチング液であれば、他のエッチング液を用いてもよい。これによって、単結晶Ｓｉ部分はエッチングされずに残り、多孔質Ｓｉ部分のみが、単結晶Ｓｉ層２２部分をエッチング・ストップの材料として、選択エッチングされ、完全に除去することができる。すなわち、非多孔質Ｓｉ単結晶のエッチング液に対するエッチング速度は、多孔質Ｓｉのエッチング速度に比べて極めて遅く、非多孔質層におけるエッチング量は、実用上無視できる程度（数十オングストローム程度）とすることができる。
【００４４】
このようにして、Ｓｉ3Ｎ4膜３上に１μｍの厚みを持った単結晶Ｓｉ層としてｎ型シリコン単結晶領域２が形成されたＳＯＩ基板を形成できる（図６（ｅ））。この際、実際の製造プロセスにおいて、単結晶Ｓｉ層２０には、多孔質Ｓｉの選択エッチングによる影響は何ら見られなかった。また、形成された単結晶Ｓｉ層２０の膜厚を面内全面について１００点で測定したところ、膜厚の均一性は１μｍ±２０ｎｍであった。また、透過電子顕微鏡による断面観察の結果、単結晶Ｓｉ層２０には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結晶性が維持されていることが確認された。
【００４５】
さらに、水素中にて１１００℃で熱処理を１時間行い、表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したところ、５０μｍ角の領域での平均２乗粗さはおよそ０．２ｎｍであり、通常市販されているＳｉウエハと同等であった。この水素中のアニールによる表面平坦化は、単結晶Ｓｉ層２０の厚さをほとんど減ずることなく行うことができる。
【００４６】
次に、上記のＳＯＩ基板の単結晶Ｓｉ層２０によって形成されたｎ型シリコン単結晶領域２上に酸化膜２４を３０ｎｍ形成した。この酸化膜２４上にレジストを塗布し、ｐ型拡散抵抗層７を作成する部分をパターニングした後、加速電圧６０ＫＶ、ドーズ量５×１０13/ｃｍ2でＢＦ2をイオン注入してｐ型拡散抵抗層７を形成する（図６（ｆ））。
【００４７】
そして、窒素中での１０００℃、３０分の熱処理により活性化させた後に、洗浄工程で酸化膜２４を除去し、ついで熱酸化によりＳｉＯ2膜９を５０ｎｍ形成する。このＳｉＯ2膜９にコンタクトホール１６ａをパターニングとドライエッチング法により形成後、Ａｌ金属配線６をスパッタ法で形成し、ホイートストンブリッジ回路を形成する。さらに、表面にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜５を５０ｎｍ堆積させた後、パッドの開口となる部分をパターニングして、ドライエッチング法でこの部分でＡｌ金属配線６をＳｉＮ膜５から露出させる。ついで、裏面にＩＣＰ−ＲＩＥエッチングのためのプラズマ酸化膜を３μｍ堆積させた後に、レジストを塗布して表面のパターンにあわせてプラズマ酸化膜をパターニングし、ＳＦ6とＣ4Ｆ8を用いたボッシュプロセスにより、Ｓｉ基板２３の裏面に対してほぼ９０度の角度で垂直にシリコンをエッチングして、ダイヤフラム１を形成する（図６（ｇ））。この際のエッチングのストッパーはＳｉ3Ｎ4膜１５である。
【００４８】
このような製造方法によって、１辺が１００μｍと非常に小さなダイヤフラム１でありながら、十分な強度を確保しつつダイヤフラム１の総膜厚を薄く、特にｎ型シリコン単結晶領域２の厚みを３μｍ以下とし、また、歪み検出素子として機能するｐ型拡散抵抗層７を、ダイヤフラム１の膜厚方向の表面側に偏った、被測定圧力をかけた時に応力のかかりやすい位置に配置したダイヤフラム１を形成することができ、それによって、高感度な半導体圧力センサーを作製することができる。さらに、本実施形態の製造方法によれば、ダイヤフラム１の膜厚むらを膜厚の１％以下とすることができ、そのため、この製造方法によって作製した半導体圧力センサーは、（ｈ／ａ）2で決まる感度も安定し、すなわち感度むらが小さい高精度な半導体圧力センサーとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体圧力センサーの構成を示す断面図である。
【図２】図１の半導体圧力センサーの平面図である。
【図３】図１の半導体圧力センサーの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の半導体圧力センサーの構成を示す断面図である。
【図５】図４の半導体圧力センサーの特性を示すグラフである。
【図６】図４の半導体圧力センサーの製造方法を示す断面図である。
【図７】従来例の半導体圧力センサーの構成を示す断面図である。
【図８】他の従来例の導体圧力センサーの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    ダイヤフラム
２    ｎ型シリコン単結晶領域（第１の導電型の単結晶半導体基板）
３    ＳｉＯＮ膜（裏面側の絶縁膜）
４    ＳｉＯ膜（表面側の絶縁膜）
５    ＳｉＮ膜（表面側の絶縁膜）
６    Ａｌ金属配線（金属配線）
７    ｐ型拡散抵抗層（第２の導電型の歪み検出素子）
８    Ｓｉ3Ｎ4膜（裏面側の絶縁膜）
９    ＳｉＯ2膜（表面側の絶縁膜）
２０    第１の単結晶Ｓｉ基板（第１の基体）
２１    多孔質Ｓｉ層（多孔質層）
２２    ｎ型単結晶Ｓｉ層（第１の導電型の非多孔質単結晶半導体層）
２３    Ｐ型Ｓｉ基板（第２の基体）
【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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