(57)【要約】【課題】圧力センサにおいて２枚の単結晶シリコン基板を張り合わせたものやＳＯＩ基板を適用せずに、圧力センサにおいて十分な性能（感度等）を確保すると共に、そのコストをより抑制する。【解決手段】シリコン基板１の一端面側に形成された酸化膜（またはシリコン窒化膜）２表面に対し膜成長によってポリシリコン膜３が形成される。また、ポリシリコン膜３中には、拡散領域５と、その拡散領域５と接触するようにピエゾ抵抗素子７が形成される。そして、前記シリコン基板１他端面側からエッチングされて形成され前記酸化膜におけるピエゾ抵抗素子７の位置に対して、ダイアフラム１０１が形成される。【選択図】図１
2011075400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の一端面側表面に形成された酸化膜表面に対して膜成長させたポリシリコン膜と、
前記ポリシリコン膜中に形成された拡散領域と、
前記ポリシリコン膜中で拡散領域と接触して形成されたピエゾ抵抗素子と、
前記シリコン基板の他端面側からエッチングして形成されたダイアフラムと、を備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記酸化膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
シリコン基板の一端面側表面に形成された酸化膜表面に対して膜成長させたポリシリコン膜中に対し、拡散領域を形成する拡散領域形成ステップと、
前記ポリシリコン膜中に対し前記拡散領域と接触するようにピエゾ抵抗素子を形成するピエゾ抵抗素子形成ステップと、
前記シリコン基板の他端面側からエッチングし、前記酸化膜における当該シリコン基板他端面側を露出してダイアフラムを形成するダイアフラム形成ステップと、
を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項４】
前記酸化膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項３記載の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、各種センサとして適用されている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】
各種センサとして適用されている圧力センサにおいては、ダイアフラムの歪みに応じて発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を抽出するものが一般的に知られており、例えば図３に示すように圧力センサ３０が挙げられる。この圧力センサ３０の場合、単結晶シリコン基板３１の一端面側に対し、イオン注入法や熱拡散法等により不純物を注入してピエゾ抵抗素子３２が形成される。また、前記のピエゾ抵抗素子３２が露出するように絶縁膜３３が形成され、さらにピエゾ抵抗素子３２と接触するように金属等から成る電極膜３４が積層される。符号３５においては、前記の電極膜３４，ピエゾ抵抗素子３２の表面を覆うように積層されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の誘電体からなる保護膜３５を示すものである。そして、シリコン基板３１の他端面側から異方性エッチング処理等を施すことにより、所定厚さのダイアフラム３６が形成される。
【０００３】
前記のダイアフラム３６の厚さ等の形状においては、異方性エッチング処理条件（温度，時間等）を適宜設定することより設計されるが、そのエッチング処理斑が生じ易いことから、従前においてはダイアフラムの形状設計が困難であり、ウエハ内におけるピエゾ抵抗効果のばらつきも生じ易かった。すなわち、圧力センサの性能（感度等）が低くなる恐れがあった。
【０００４】
そこで、近年においては、前記のエッチング処理斑による問題を解消するために、例えば図４，図５に示すような方法により、２枚のシリコン基板を張り合わせたものやＳＯＩ構造の基板を適用する方法が採られている（例えば、特許文献１，２等）。図４の圧力センサ４０においては、まず単結晶シリコン基板４１ａの一端面側に形成された絶縁膜４２表面に対し単結晶シリコン基板（例えば、ｎ型シリコン基板）４１ｂを張り合わせ静電吸着等により接合し（Ｓ４１，Ｓ４２）、その張り合わせたシリコン基板４１ｂ表面側を所定厚さ研磨してピエゾ抵抗素子４４用のウエハ４３を形成する（Ｓ４３，Ｓ４４）。ピエゾ抵抗素子４４の位置には、例えばステップＳ４４中の点線で示す拡大図のように、絶縁膜４５ａ，電極膜４５ｂ，保護膜４５ｃが順次形成される。そして、前記の絶縁膜４２をエッチングストッパーとして利用し、シリコン基板４１ａの他端面側（図中では酸化膜４６，エッチング用のマスク４７が積層された他端面側）を異方性エッチングすることにより、ダイアフラム４８を形成する（Ｓ４５〜Ｓ４７）。
【０００５】
図５の圧力センサ５０においては、まずＳＯＩ基板５１における絶縁膜５３が形成された側の一端面側をウエハ５２として利用する（Ｓ５１）。また、前記の絶縁膜５３をエッチングストッパーとして利用し、ＳＯＩ基板５１における他端面側（図中では酸化膜５４，エッチング用のマスク５５が積層された他端面側）を異方性エッチングすることにより、ダイアフラム５６を形成する（Ｓ５２）。そして、ダイアフラム５６底面の絶縁膜５３を介しウエハ５２に対してピエゾ抵抗素子５７を形成してから窒化膜５９ａを被覆する（Ｓ５３）。なお、前記のピエゾ抵抗素子５７には、ステップＳ４５に示すように電極膜５８が形成されるが、この電極形成プロセス中の強度（特にダイアフラム５６底面付近の強度）を保つために、当該プロセス中のみダイアフラム５６の凹部にポリシリコン５９ｂ等を充填しておいても良い（Ｓ５４〜Ｓ５６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２９３７２号公報（例えば、第１図に関する記載等）
【特許文献２】特開平５−２５１７１５号公報（例えば、図１，図２に関する記載等）
【特許文献３】特開平７−１６２０１８号公報（例えば、図２に関する記載等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者は、前記のような圧力センサの技術進歩等に伴って、以下に示す課題があることに着目した。
【０００８】
すなわち、従来の圧力センサのように、２枚のシリコン基板を張り合わせたものやＳＯＩ基板を適用し、エッチングストッパーを介してダイアフラムを形成した場合、当該基板自体のコストが比較的高い（例えば、単に１枚のシリコン基板を用いて成る圧力センサと比較して高い）ことが挙げられる。また、比較的厚い基板を研磨してウエハを形成したりエッチングしてダイアフラムを形成する必要（例えば、厚さ数十μｍ程度の研磨やエッチングする必要）があり、その圧力センサの製造工程数も多くなってしまうため、更にコストが上昇する恐れがあることが挙げられる。
【０００９】
このようなことから、圧力センサにおいて２枚の単結晶シリコン基板を張り合わせたものやＳＯＩ基板を適用せずに、圧力センサにおいて十分な性能（感度等）を確保すると共に、そのコストをより抑制することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題の解決を図るための圧力センサおよびその製造方法に関するものであり、その圧力センサの一態様は、シリコン基板の一端面側表面に形成された酸化膜表面に対して膜成長させたポリシリコン膜と、前記ポリシリコン膜中に形成された拡散領域と、前記ポリシリコン膜中で拡散領域と接触して形成されたピエゾ抵抗素子と、前記シリコン基板の他端面側からエッチングして形成されたダイアフラムと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、圧力センサの製造方法の一態様は、シリコン基板の一端面側表面に形成された酸化膜表面に対して膜成長させたポリシリコン膜中に対し、拡散領域を形成する拡散領域形成ステップと、前記ポリシリコン膜中に対し前記拡散領域と接触するようにピエゾ抵抗素子を形成するピエゾ抵抗素子形成ステップと、前記シリコン基板の他端面側からエッチングし、前記酸化膜における当該シリコン基板他端面側を露出してダイアフラムを形成するダイアフラム形成ステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
なお、前記酸化膜は、シリコン窒化膜であっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
以上示したように本発明によれば、従来のように圧力センサにおいて２枚の単結晶シリコン基板を張り合わせたものやＳＯＩ基板を適用しなくとも、圧力センサにおいて十分な性能（感度等）を確保できると共に、その圧力センサの製造コストをより抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における圧力センサの一例を示す概略説明図。
【図２】本実施形態における圧力センサの製造方法の一例を示す概略説明図。
【図３】一般的な圧力センサの概略説明図。
【図４】２枚の単結晶シリコン基板を張り合わせて成る圧力センサの概略説明図。
【図５】ＳＯＩ基板から成る圧力センサの概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態に係る圧力センサは、例えば図１の圧力センサ１００のように、シリコン基板１の一端面側に形成された酸化膜（またはシリコン窒化膜）２表面に対し膜成長によってポリシリコン膜３が形成される。また、ポリシリコン膜３中には、拡散領域５と、その拡散領域５と接触するようにピエゾ抵抗素子７が形成される。そして、前記シリコン基板１他端面側からエッチングされて形成され前記酸化膜におけるピエゾ抵抗素子７の位置に対して、ダイアフラム１０１が形成される。
【００１６】
すなわち、本実施形態の圧力センサは、従来のように２枚の単結晶シリコン基板を張り合わせたものやＳＯＩ基板を適用してピエゾ抵抗素子を形成したものではなく、シリコン基板の一端面側に酸化膜を介して形成されたポリシリコン膜をウエハとして利用し、そのポリシリコン膜中にピエゾ抵抗素子を形成して構成されたものである。ポリシリコン膜中にピエゾ抵抗素子が形成された圧力センサによれば、従来の圧力センサと比較して、十分な程度のセンサ性能（感度等）が得られるだけでなく、その圧力センサに係るコストをより抑制することができる。
【００１７】
従来においては、単結晶シリコンから成るウエハに対してピエゾ抵抗素子を形成して圧力センサを構成し、単にセンサ性能を向上させるという発想はあったものの、本実施形態のようにシリコン基板の一端面側に対し、薄膜成形技術により酸化膜，ポリシリコン膜を形成し、その酸化膜をダイアフラムとして利用しポリシリコン膜をウエハとして利用することにより、十分な程度のセンサ性能を確保すると共に、その圧力センサに係るコストをより抑制するという発想はなかった。
【００１８】
本実施形態においては、前記の酸化膜２がエッチングストッパーとして機能するため、シリコン基板１の他端面側からエッチング等を施してダイアフラムを容易に形成できる。なお、例えば図３〜図５に示した圧力センサのようにウエハの厚さを研磨やエッチング等により調整する場合と比較して、本実施形態のようにポリシリコン膜や酸化膜の成膜を調整（厚さ等を調整）する方が容易であることは明らかである。
【００１９】
［圧力センサの製造方法の一例］
図２に示すように、まず、シリコン基板１の両端面に対しそれぞれ酸化膜２および酸化膜８を熱酸化法により形成し、酸化膜２の表面側にはＣＶＤ法によりポリシリコン膜３を形成する（Ｓ１）。次に、ピエゾ抵抗素子に係る配線形成のために、ポリシリコン膜３上に所定パターンの拡散領域用のマスク９（例えば、酸化膜）を積層し、そのマスク９を介しイオン注入法または熱拡散法によりポリシリコン膜３中に拡散領域（高濃度拡散領域）５を形成する（Ｓ２）。
【００２０】
次に、前記のマスク９を除去してから、所定パターンのピエゾ抵抗素子形成用のマスク１０を積層し、そのマスク１０を介してイオン注入法または熱拡散法により、前記のポリシリコン膜３中にピエゾ抵抗素子７を形成する。このピエゾ抵抗素子７は拡散領域５と接触して結線（ブリッジ等により結線）されているものとする（Ｓ３）。なお、前記マスク１０においては、イオン注入によってピエゾ抵抗素子７を形成する場合には、酸化膜を利用せずにパターニングしたレジストをマスクとして利用してもよい。また、前記マスク１０を除去してから、所定パターンの酸化膜４を形成後、外部配線するための金属等から成る電極膜６を形成する（Ｓ４）。
【００２１】
そして、シリコン基板１の他端面側に形成した酸化膜８をパターニングして、必要なダイアフラム１０１面積となる大きさの窓を開け、エッチングマスクとして利用しシリコンエッチングを行う。これにより、酸化膜２におけるシリコン基板１一端面側の一部が露出、すなわちピエゾ抵抗素子７の位置が露出してダイアフラム１０１が形成される。この際、前記のように電極膜６が形成された表面を保護するために、フッ素系樹脂等の保護膜１１をスピンコート法等により形成しておいても良い（Ｓ５）。
【００２２】
［その他］
前記のエッチングは、ＴＭＡＨ等のアルカリの溶液を用いて異方性エッチングや、異方性プラズマエッチングを行うことが挙げられる。ＴＭＡＨを用いた場合には、酸化膜のエッチング速度はシリコンのエッチング速度より数千倍遅いため、酸化膜２がエッチングストッパーとして機能し、エッチングが自動的にストップすることになる。
【００２３】
ポリシリコン膜の成膜条件においては、既存の技術を適宜適用して種々設定できるものであるが、ＣＶＤ法の場合には例えば以下に示す条件が一例として考えられる。
【００２４】
・使用ガス…ＳｉＨ4；２００〜４００ｓｃｃｍ
・温度…〜６５０℃
・圧力…１〜１００Ｐａ
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００２５】
１…シリコン基板
２，４…酸化膜
３…ポリシリコン膜
５…拡散領域
６…電極膜
７…ピエゾ抵抗素子
１００…圧力センサ
１０１…ダイアフラム
【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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