(57)【要約】【課題】ダイヤフラム径の小さい容量型圧力センサ及びダイヤフラムを形成する際の犠牲層エッチングの時間短縮。【解決手段】（１００）面を主面とするシリコン基板１０表面に所望の形状の高キャリア領域１を不純物ドープにより形成する。次に酸化シリコン層である犠牲層２、シリコン層３、酸化シリコン層である絶縁層４、シリコン層５を順次形成し、シリコン層５には高キャリア領域を形成し、ダイヤフラムＤを形成すべき領域の高キャリア領域５ａは他の領域と絶縁分離する（ａ）。シリコン基板１０裏面から、所望の数の貫通孔Ｈを、光アシスト電解エッチングにより形成する。シリコン基板１０の厚さ方向である＜１００＞方向に集中して急速にエッチングが進み、犠牲層２が露出すると急速なエッチングは停止する（ｂ）。酸化シリコン層である犠牲層２をエッチングして空隙Ｖを形成し、ダイヤフラムＤを形成する（ｃ）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を有する静電容量型圧力センサにおいて、
前記シリコン基板裏面から前記空隙へ圧力を導入するための複数個の圧力導入孔を有し、それらが高アスペクト比の貫通孔であることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を複数個有する静電容量型圧力センサにおいて、
前記シリコン基板裏面から前記空隙の各々へ圧力を導入するための圧力導入孔が、高アスペクト比の貫通孔であることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を有する静電容量型圧力センサの製造方法において、
前記シリコン基板裏面から前記空隙へ圧力を導入するための複数個の圧力導入孔を、高アスペクト比の貫通孔で形成することを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項４】
シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を複数個有する静電容量型圧力センサの製造方法において、
前記シリコン基板裏面から前記空隙の各々へ圧力を導入するための圧力導入孔を、高アスペクト比の貫通孔で形成することを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記高アスペクト比の貫通孔は光アシスト電解エッチングにより形成することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記空隙は前記高アスペクト比の貫通孔を形成したのち、酸化シリコン及び／又はシリケートガラスをエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量型圧力センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、一般的な静電容量型圧力センサ９００の構成を断面図で示す。静電容量型圧力センサ９００は、例えば次のように形成される。まず、（１００）面を主面とするシリコン基板９０の表面に高キャリア領域９１を形成し、その上にＣＶＤ等により、酸化シリコン層及び／又はシリケートガラスである犠牲層９２、シリコン層９３、窒化シリコン層である絶縁層９４、シリコン層９５を積層、形成する。シリコン層９５には高キャリア領域９５ａおよび９５ｂを形成し、それらは互いに絶縁しておく。次に、シリコン基板９０の裏面から異方性エッチングにより貫通孔Ｈを形成して、酸化シリコン層及び／又はシリケートガラスである犠牲層９２を一部露出させる。次に露出部分を開始点として犠牲層９２をフッ酸により所望の大きさをウエットエッチする。こうして空隙Ｖを形成し、それを挟む高キャリア領域９１と高キャリア領域９５ａとで容量を形成する。この容量が、シリコン層９３、絶縁層９４、シリコン層９５からなるダイヤフラムＤの上方と空隙Ｖ側との圧力差で変化することにより、静電容量型圧力センサとして機能するものである。尚、高キャリア領域９５ｂは、高キャリア領域９１とでレファレンス容量を形成するものであって、ダイヤフラムＤ外部に形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
水酸化カリウムやテトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の塩基性水溶液によるシリコンの（１００）面の異方性エッチングは極めて簡易な方法であるが、その側面は（１００）面に対し約５５度の角度を成す４つの（１１１）面からなる四角錐台状に形成されるものである。そのため、厚いシリコン基板を用いる場合、１個の圧力センサが占める面積は極めて大きくなる。これは隣に同様な圧力センサ或いはダイヤフラムを形成しようとしても、センサ間或いはダイヤフラム間の距離を大きくしなければならないことを意味する。また、シリコン基板９０の厚さにより、異方性エッチングのマスク寸法（マスクされていない、孔の大きさ）を変更する必要があった。また異方性エッチングにより露出させた犠牲層９２面は実質的に複数個とできないため、同心円状に犠牲層９２をエッチングして空隙Ｖを形成するのに時間がかかる問題もあった。例えば直径０．５ｍｍ程度の円盤状の空隙Ｖを形成するよう犠牲層９２をフッ酸エッチングするのに４時間程度要する。この間、ダイヤフラムＤのシリコン層９３やシリコン基板９０の高キャリア領域９１表面が汚染されたり、ダメージが与えられる可能性が高くなる。
【０００４】
本発明はこれらの課題を解決するために成されたものである。その目的は、ダイヤフラム径の小さいセンサを集積可能とすること、及びダイヤフラム径の大きいセンサの犠牲層エッチングの時間短縮である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
まず、請求項１に記載の発明は、シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を有する静電容量型圧力センサにおいて、シリコン基板裏面から前記空隙へ圧力を導入するための複数個の圧力導入孔を有し、それらが高アスペクト比の貫通孔であることを特徴とする静電容量型圧力センサである。また、請求項２に記載の発明は、シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を複数個有する静電容量型圧力センサにおいて、シリコン基板裏面から空隙の各々へ圧力を導入するための圧力導入孔が、高アスペクト比の貫通孔であることを特徴とする静電容量型圧力センサである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を有する静電容量型圧力センサの製造方法において、シリコン基板裏面から前記空隙へ圧力を導入するための複数個の圧力導入孔を、高アスペクト比の貫通孔で形成することを特徴とする。また、請求項４に記載の発明は、シリコン基板表面の高キャリア領域と、当該高キャリア領域と空隙を介して相対した薄膜ダイヤフラムに形成した高キャリア領域又は金属層とで形成された容量を複数個有する静電容量型圧力センサの製造方法において、シリコン基板裏面から前記空隙の各々へ圧力を導入するための圧力導入孔を、高アスペクト比の貫通孔で形成することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の静電容量型圧力センサの製造方法において、高アスペクト比の貫通孔は光アシスト電解エッチングにより形成することを特徴とする。また、請求項６に記載の発明は、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の静電容量型圧力センサの製造方法において、空隙は高アスペクト比の貫通孔を形成したのち、酸化シリコン及び／又はシリケートグラスをエッチングすることにより形成することを特徴とする。
【０００８】
【作用及び発明の効果】
空隙への貫通孔を高アスペクト比の貫通孔とすれば、１の空隙に多数の貫通孔を設けること（請求項１）も、隣接した複数個の空隙の各々に貫通孔を設けること（請求項２）も極めて容易となる。特に隣接した複数個の空隙の各々に貫通孔を設けて微小なダイヤフラムを多数形成して１個のセンサとすることで、各ダイヤフラムが大きな圧力差にも耐え得るものとした上、感度を良好とすることができる。これにより、ダイナミックレンジの広域化も図ることができる。
【０００９】
空隙への貫通孔を高アスペクト比の貫通孔により形成する静電容量型圧力センサの製造方法は、シリコン基板の厚さによってマスクを変更する必要はなく、また、貫通孔を所望個設けることで犠牲層エッチングの時間の短縮化も容易となる。更に、犠牲層エッチングの時間の短縮化は空隙に面するダイヤフラムやシリコン基板面の汚染等を抑制することにもなる（請求項３）。或いは、隣接した複数個の容量を形成することも容易となる（請求項４）。
【００１０】
光アシスト電解エッチングによれば極めて容易に高アスペクト比の貫通孔を形成することができる（請求項５）。高価なドライエッチング装置を用いる場合と違い、光アシスト電解エッチングは空隙を形成するための犠牲層がエッチングストッパの働きをするため、空隙を形成するための犠牲層に達し、且つダイヤフラムを形成する層を破壊しないように、貫通孔を容易且つ確実に形成することができる（請求項６）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図を参照しながら説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１２】
〔第１実施例〕
図１は、本発明の具体的な第１の実施例に係る静電容量型圧力センサ１００の、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図２は図１に示した静電容量型圧力センサ１００の製造工程を示す断面図である。図２の（ｃ）は図１の（ｂ）と同一であって、完成した静電容量型圧力センサ１００の断面図である。静電容量型圧力センサ１００は、ダイヤフラムＤに設けた高キャリア領域５ａと、シリコン基板１０表面の高キャリア領域１とによる容量の変化を検知することで、空隙Ｖと、ダイヤフラムＤ上方の圧力差を検知する静電容量型圧力センサ１００である。空隙Ｖは、以下に示す通り、貫通孔Ｈを設けて、酸化シリコン層である犠牲層２をエッチングによって除去することにより形成される。ダイヤフラムＤはポリシリコン膜であるシリコン層３と、窒化シリコンから成る絶縁層４から形成されている。高キャリア領域５ａと絶縁分離されたダイヤフラムＤ外に設けた高キャリア領域５ｂは、シリコン基板１０表面の高キャリア領域１とによりレファレンス容量を形成する。図１の（ａ）では、シリコン層５側から見た図を示しているが、破線で、空隙Ｖ及び貫通孔Ｈの円状の外周を合わせて示した。尚、空隙Ｖの円状の外周を破線で記載した位置に当たる領域は、平面図としては窒化シリコンからなる絶縁層４が露出しているものである。
【００１３】
まず、静電容量型圧力センサ１００の形成方法の一例を図２を用いて説明する。（１００）面を主面とするシリコン基板１０を用意し、表面に所望の形状の高キャリア領域１を不純物ドープにより形成する。尚、シリコン基板１０が十分な導電性を有する場合、即ちその表面が十分に高キャリア濃度であれば、不純物ドープによる高キャリア領域１を形成せずに、以下の要領で静電容量型圧力センサ１００を形成して良い。
【００１４】
次にＣＶＤ等任意の方法で、高キャリア領域１を形成したシリコン基板１０表面に、酸化シリコン層である犠牲層２、シリコン層３、窒化シリコン層である絶縁層４、シリコン層５を順次形成した積層体を形成する。図２では、酸化シリコン層である犠牲層２について、エッチングされて空隙Ｖを形成することとなる部分の周囲をシリコン層３が囲むような例を示した。シリコン層５には高キャリア領域を形成し、ダイヤフラムＤを形成すべき範囲の高キャリア領域５ａとダイヤフラムＤの外の高キャリア領域５ｂとを分離溝を設けて絶縁する。分離溝はドライエッチングにより形成すれば良い、こうして分離溝と窒化シリコン層である絶縁層４とにより、ダイヤフラムＤを形成すべき領域の高キャリア領域５ａは他の領域と絶縁分離される（図２の（ａ））。
【００１５】
次に、シリコン基板１０裏面から、所望の数の貫通孔Ｈを、光アシスト電解エッチングにより形成する。光アシスト電解エッチングは、フッ酸系エッチング液を用い、シリコン基板１０表面側を保護膜で覆った上、シリコン基板１０に正電位を、エッチング液に負電位を印加し、光照射によりシリコン基板１０内でキャリア生成を生じさせて行う。貫通孔Ｈの位置決めにはマスクを用いるほか、当該位置に微小孔を形成して当該微小孔を光アシスト電解エッチングにより貫通孔Ｈに成長させても良い。光アシスト電解エッチングによれば、一旦形成された微小孔やシリコン基板１０露出部分に正孔が集中するため、シリコン基板１０の厚さ方向である＜１００＞方向に集中して急速にエッチングが進む。尚、シリコン基板１０の厚さ方向に垂直な＜１００＞方向に枝状のエッチングも生じ得るが、設計により抑制し得る。こうして光アシスト電解エッチングは、正孔が生じない酸化シリコン層である犠牲層２が露出すると急速なエッチングは停止する（図２の（ｂ））。
【００１６】
次に、シリコン基板１０への電位印加を止め、フッ酸系エッチング液により酸化シリコン層である犠牲層２をエッチングして空隙Ｖを形成する。こうして、シリコン層３、窒化シリコン層である絶縁層４、シリコン層５の高キャリア領域５ａからなるダイヤフラムＤを形成する（図２の（ｃ））。こうして、ダイヤフラムＤ上の高キャリア領域５ａとシリコン基板１０上の高キャリア領域１とにより容量を形成し、ダイヤフラムＤ外の高キャリア領域５ｂとシリコン基板１０上の高キャリア領域１によりレファレンス容量とし、高キャリア領域５ａと高キャリア領域１とによる容量の変化を検知することで、空隙Ｖと、ダイヤフラム上方の圧力差を検知する静電容量型圧力センサ１００とすることができる。
【００１７】
本実施例によれば、ダイヤフラムＤの面積に対し、四角錐台状の貫通孔を設けることがないので、静電容量型圧力センサ１００の占有領域としてはダイヤフラムＤの面積が確保できれば良い。よって隣接してダイヤフラム又は静電容量型圧力センサ、更には他の半導体装置を形成することが可能となる。また、図４の従来の、静電容量型圧力センサ９００と異なり、複数個の貫通孔Ｈからエッチング液により酸化シリコン層である犠牲層２をエッチングして空隙Ｖを形成するので、空隙Ｖの形成時間を短縮することができる。
【００１８】
〔第２実施例〕
第１実施例では１個の空隙Ｖに複数個の貫通孔Ｈを形成したものであったが、本実施例では９個の空隙Ｖｎ（ｎ＝１〜９）を有する静電容量型圧力センサ２００について説明する。図３の（ａ）は本発明の具体的な第２の実施例に係る静電容量型圧力センサ２００の平面図、（ｂ）はその構成を示す断面図である。図３の（ａ）では、シリコン層５側から見た図を示しているが、破線で、９個の空隙Ｖｎ及び９個の貫通孔Ｈｎの円状の外周を合わせて示した。尚、９個の空隙Ｖｎの円状の外周を破線で記載した位置に当たる領域は、平面図としては窒化シリコンからなる絶縁層４が露出しているものである。図３の静電容量型圧力センサ２００は、９個のダイヤフラムＤｎに設けた９個の高キャリア領域５ａｎとシリコン基板１０の高キャリア領域１とで圧力を関知する容量を、並列に接続することで感度を向上させたものである。図３の静電容量型圧力センサ２００は、貫通孔Ｈ同志の間隔を広げて、個々の貫通孔Ｈにより露出した酸化シリコン層である犠牲層２の露出面を開始面とするエッチングにおいて、空隙が互いに貫通しないように設計されたものであって、シリコン層３により犠牲層２が個々に分離されているものである。こうして、図３の（ｂ）においては３個の空隙Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を記載し、これに合わせ、シリコン層５の高キャリア領域ｊとして、３個の空隙Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３上のダイヤフラムＤ１、Ｄ２、Ｄ３に対応するよう、個々に絶縁分離された高キャリア領域５ａ１、５ａ２、５ａ３を記載した。（ａ）においては空隙Ｖ３と高キャリア領域５ａ３のみ代表させている。本実施例によれば、極めて狭い面積のダイヤフラムを密集させて形成することが可能であって、それらを合わせて１個の静電容量型圧力センサとして機能させている。本実施例は、微小なダイヤフラムを形成しているので、個々のダイヤフラムは大きな圧力差にも耐え得る。また、９個の容量を並列に接続したので全体として感度を良好とすることができる。これにより、ダイナミックレンジの広域化も図ることができた。
【００１９】
上記実施例ではダイヤフラム上の層としてシリコン層の高キャリア領域を形成する例を示したが、金属層を設けて容量の片側電極として良い。犠牲層は酸化シリコンの他、シリケートガラス、特にリンシリケートガラスを用いても良く、また、酸化シリコン層とシリケートガラス層の２重層としても良い。絶縁層は窒化シリコンに限定されず、酸化シリコンその他の絶縁層を用いても良い。
【００２０】
尚、高アスペクト比の貫通孔は光アシスト電解エッチングに限らず、深堀り用ドライエッチングを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係る静電容量型圧力センサの構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）。
【図２】第１実施例に係る静電容量型圧力センサの製造工程を示す断面図。
【図３】本発明の具体的な第２の実施例に係る静電容量型圧力センサの構成の構造を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）。
【図４】従来の静電容量型圧力センサの構成を示す断面図。
【符号の説明】
１００  静電容量型圧力センサ
１０  シリコン基板
１  高キャリア領域
２  酸化シリコン層（犠牲層）
３  シリコン層
４  窒化シリコン層（絶縁層）
５  シリコン層
５ａ、５ａ１、５ａ２、５ａ３、５ｂ  高キャリア領域
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３  ダイヤフラム
Ｖ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３  空隙
Ｈ  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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