(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う絶縁膜としての酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成したシリコンウェーハの裏面に凹所を形成して、その凹所の底部として薄肉部を形成するシリコンウェーハの加工方法において、
予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う絶縁膜としての酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成した前記シリコンウェーハの裏面にウエットエッチングにより凹所を形成し、
次いで前記凹所の内面を酸化処理して凹所内面に酸化膜を形成し、
次いで、シリコンウェーハ裏面の前記予め形成した酸化膜及び前記凹所内面の酸化膜をエッチングにより除去することを特徴とするシリコンウェーハの加工方法。
【請求項２】
前記凹所の内面に酸化膜を形成する酸化処理は、高温の雰囲気中で酸素や水蒸気に晒す酸化処理であることを特徴とする請求項１記載のシリコーンウェーハの加工方法。
【請求項３】
シリコン基板の裏面側に設けた凹所の底部として形成された薄肉部の表面側にひずみ検出のためのピエゾ抵抗部を備えた半導体ひずみセンサを製造する半導体ひずみセンサの製造方法であって、
シリコンウェーハに前記薄肉部を形成するに際して、
予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う絶縁膜としての酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成したシリコンウェーハの裏面にウエットエッチングにより凹所を形成し、
次いで前記凹所の内面を酸化処理して凹所内面に酸化膜を形成し、
次いで、シリコンウェーハ裏面の前記予め形成した酸化膜及び前記凹所内面の酸化膜をエッチングにより除去することを特徴とする半導体ひずみセンサの製造方法。
【請求項４】
前記凹所の内面に酸化膜を形成する酸化処理は、高温の雰囲気中で酸素や水蒸気に晒す酸化処理であることを特徴とする請求項３記載の半導体ひずみセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリコンウェーハを直接ウエットエッチングする際に発生する微小欠陥の悪影響を改善するシリコンウェーハの加工方法、及び、例えばピエゾ抵抗式圧力センサの製造工程等において、シリコンウェーハにウエットエッチングにより凹所を形成して、その凹所の底部として薄肉部を形成する工程に適用して好適な半導体ひずみセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２、図３に示すように、一般的なピエゾ抵抗式圧力センサ１は、シリコン基板２の裏面側（図２の下側）に凹所３を設けて、この凹所３の底部として例えば数μｍ程度の厚みのダイアフラム（薄肉部）４を形成し、その表面側にひずみ検出のための４つのピエゾ抵抗部５を形成した構成である。４つのピエゾ抵抗部５は、図３に示すように直交する２方向にそれぞれ１対を対向させた菱形配置とし、そのうちの１対のピエゾ抵抗部５はダイアフラム４の縁部にかかるように配置し、他の１対のピエゾ抵抗部５はダイアフラム４の中央寄りに配置する。なお、図２、図３では詳細構造は省略しているが、シリコン基板２の表面側には、４つのピエゾ抵抗部５をホイートストーンブリッジ回路を構成するように接続する配線等の圧力検出回路が形成されている。７はシリコン基板２の表面に検出回路を形成するための絶縁膜としての酸化膜（例えばSiO２）である。
【０００３】
上記のピエゾ抵抗式圧力センサ１は、ガラス製等の台８に接着固定して用いるが、凹所３を密閉したものは絶対圧（真空圧）を検出し、凹所３を外部と連通させたものは相対圧を検出する。このピエゾ抵抗式圧力センサ１おいて、ダイアフラム４部分に矢印のように圧力が作用すると、その圧力でダイアフラム４がへこんでダイアフラム４上のピエゾ抵抗部５に応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によりピエゾ抵抗部５の抵抗が変化する。この抵抗の変化を、４つのピエゾ抵抗部５で構成するホイートストーンブリッジ回路の出力として電気的に取り出し、これを圧力に換算して、圧力の検出が行なわれる。
【０００４】
上記ダイアフラム４を得るための凹所３は、図５（イ）に示すように、単結晶シリコンの薄い円板であるシリコンウェーハ２’を裏面側からエッチング液でエッチング（ウエットエッチング）して形成するが、従来は、単にシリコンウェーハ２’をエッチングしたままであり、凹所３の内面に特別な処理は施していない。
なお、個々のシリコン基板２は、シリコンウェーハ２’に多数の凹所３を形成した後、後工程で四角のチップに切断して得る。また、エッチング液としてはＫＯＨ等を用い、異方性エッチングにより所望のアスペクト比の凹所３を形成する。また、裏面側の酸化膜７は、ガラス台８に接着固定するために好ましくないので、後工程で薬液で除去する（図５（ロ））。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シリコンウェーハ２’をエッチング液でエッチングして凹所３を形成する際、凹所３の内面には、通常、エッチピットのような微小欠陥が無数に生じる。したがって、エッチングにより得たダイアフラム４の裏面に無数の微小欠陥が存在し、その微小欠陥を起点としてシリコンの破壊が始まり易く、ダイアフラム４の破壊に至ってしまう。すなわち、エッチング時に形成された微小欠陥がダイアフラム４の破壊耐圧（破壊強度）を低下させるという問題がある。
この問題は、ピエゾ抵抗式圧力センサのダイアフラムの場合に限らず、シリコンウェーハを直接ウエットエッチングする種々の場合に生じ、エッチング面に微小欠陥が発生して強度が劣化する。
【０００６】
本発明は上記欠点を解消するためになされたもので、予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う絶縁膜としての酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成したシリコンウェーハの裏面をウエットエッチングして凹所を形成する際に凹所内面に発生する微小欠陥の悪影響を改善することのできるシリコンウェーハの加工方法、及び、ピエゾ抵抗式圧力センサなどの半導体ひずみセンサの製造工程において、シリコンウェーハにウエットエッチングにより凹所を形成して、その凹所の底部として薄肉部を形成する場合に、薄肉部の破壊強度を向上させることのできる半導体ひずみセンサの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のシリコンウェーハの加工方法は、予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う絶縁膜としての酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成したシリコンウェーハの裏面に凹所を形成して、その凹所の底部として薄肉部を形成するシリコンウェーハの加工方法において、
予め、回路を形成するために必要な絶縁膜としての酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも同じ酸化膜を形成した前記シリコンウェーハの裏面にウエットエッチングにより凹所を形成し、
次いで前記凹所の内面を酸化処理して凹所内面に酸化膜を形成し、
次いで、シリコンウェーハ裏面の前記予め形成した酸化膜及び前記凹所内面の酸化膜をエッチングにより除去することを特徴とする。
【０００８】
請求項２は、請求項１記載のシリコーンウェーハの加工方法において、凹所の内面に酸化膜を形成する酸化処理が、高温の雰囲気中で酸素や水蒸気に晒す酸化処理であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、シリコン基板の裏面側に設けた凹所の底部として形成された薄肉部の表面側にひずみ検出のためのピエゾ抵抗部を備えた半導体ひずみセンサを製造する半導体ひずみセンサの製造方法であって、
シリコンウェーハに前記薄肉部を形成するに際して、
予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成したシリコンウェーハの裏面にウエットエッチングにより凹所を形成し、
次いで前記凹所の内面を酸化処理して凹所内面に酸化膜を形成し、
次いで、シリコンウェーハ裏面の前記予め形成した酸化膜及び前記凹所内面の酸化膜をエッチングにより除去することを特徴とする。
請求項４は、請求項３記載の半導体ひずみセンサの製造方法において、凹所の内面に酸化膜を形成する酸化処理が、高温の雰囲気中で酸素や水蒸気に晒す酸化処理であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明のシリコンウェーハの加工方法を説明する図であり、（イ）はシリコンウェーハ２’の裏面側（検出回路面側と反対側）にウエットエッチングにより凹所３を形成した段階のシリコンウェーハ断面図である。酸化膜（例えばSiO2)７は、圧力検出回路を形成するための絶縁膜として予め形成している。凹所３のエッチングに際しては、下面側の酸化膜７の外側に、凹所３に対応するパターンでシリコン窒化膜による図示略のマスクを形成（なお、表面側には保護膜として全体に形成）した後、エッチングを行なう。エッチング液としてはＫＯＨ等を用い、異方性エッチングにより所望のアスペクト比の凹所３を形成する。
次いで、図１（イ）のシリコンウェーハ２’を高温の雰囲気中で酸素や水蒸気に晒す酸化処理を行なって、図１（ロ）に示すように、シリコンウェーハ２’の凹所３の内面に酸化膜（例えばSiO２）９を形成する。
次いで、図１（ハ）に示すように、シリコン基板２の裏面側をエッチング液でエッチングして、裏面側の酸化膜７、９の全体を除去する。
なお、酸化膜を除去する場合でも、工程の最後に酸化膜を除去する工程とすることで、他のエッチング工程における保護膜として利用することも可能である。
【００１１】
前記図１（ロ）の凹所３の内面に酸化膜９を形成する工程において、従来、ウエットエッチングした面に無数に生じていた微小欠陥が酸化処理により取り除かれる。
このように、破壊の起点となる微小欠陥が取り除かれたことで、ダイアフラム４の破壊強度が大幅に向上する。圧力センサとしてパッケージ化した状態で、ダイアフラム４が破壊するまで空気圧を高める破壊耐圧試験を行なった結果によれば、酸化処理した本発明品では、酸化処理しない従来品と比べて破壊耐圧が約２倍であった。すなわち、本発明品では、従来品で破壊に至った空気圧の約２倍の空気圧を作用させるまで、ダイアフラム４の破壊に至らなかった。
【００１２】
本発明は、上述の圧力センサ１に限らず、図４に示すように、加速度センサ１１に適用することもできる。図４の加速度センサ１１は簡略化して示したものであるが、シリコン基板１２の裏面側（図４の下側）の中央部２０の周囲にウエットエッチングによる凹所１３を形成して、凹所１３の底部として薄肉部１４を形成し、中央部２０にガラス製の錘２１を固定し、周囲部を同じくガラス製の台２２に接着固定した構成である。
【００１３】
この加速度センサ１１に加速度が作用すると、錘２１の部分が振り子のように動き（加速度の方向に応じて図４の左右方向その他種々の方向に動く）、これにより薄肉部１４にひずみ変形が生じて、シリコン基板１２の上面（検出回路面）に形成されているピエゾ抵抗部５の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を電気的に取り出して、加わった加速度に変換する。
【００１４】
上記の加速度センサ１１の製造工程で、シリコンウェーハにウエットエッチングにより凹所１３を形成して薄肉部１４を形成する際に、前述と同様に、凹所１３の内面に酸化膜（SiO２）を形成して、凹所１３の内面に発生している無数の微小欠陥を取り除く。
この加速度センサ１１の場合も、薄肉部１１にエッチング時の微小欠陥があると、薄肉部１１の破壊強度が低下するが、微小欠陥が取り除かれているので、薄肉部１４の破壊強度が向上する。
【００１５】
本発明は、上述の圧力センサ１、加速度センサ１１に限らず、シリコン基板の裏面側に設けた凹所の底部として形成された薄肉部の表面側にひずみ検出のための抵抗素子を備えた種々の半導体ひずみセンサを製造する場合に適用することができ、また、予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成したシリコンウェーハの裏面に凹所を形成して、その凹所の底部として薄肉部を形成する場合に適用することができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明のシリコンウェーハの加工方法によれば、予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成したシリコンウェーハの裏面に凹所を形成して、その凹所の底部として薄肉部を形成するシリコンウェーハの加工方法において、予め、シリコンウェーハ表面に形成された回路を覆う絶縁膜としての酸化膜を表面に形成しかつ裏面にも酸化膜を形成した前記シリコンウェーハの裏面にウエットエッチングにより凹所を形成し、次いで前記凹所の内面を酸化処理して凹所内面に酸化膜を形成し、次いで、シリコンウェーハ裏面の前記予め形成した酸化膜及び前記凹所内面の酸化膜をエッチングにより除去するするので、凹所形成時のウエットエッチングにより凹所内面に生じた無数の微小欠陥が前記の酸化処理により取り除かれ、微小欠陥によるシリコンの強度低下を防止することができ、薄肉部の破壊強度を大幅に向上させることができた。
【００１８】
半導体ひずみセンサである圧力センサや加速度センサ等におけるダイアフラムあるいは薄肉部は、厚みが極めて薄く微小欠陥の影響が大きいので、請求項３の発明のように半導体ひずみセンサの製造に適用して、特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリコンウェーハの加工方法を説明する図であり、（イ）はシリコンウェーハの裏面側（検出回路面側と反対側）にウエットエッチングにより凹所を形成した段階のシリコンウェーハ断面図、（ロ）は凹所の内面に酸化膜を形成した段階のシリコンウェーハ断面図、（ハ）は裏面側の酸化膜全体を除去した段階のシリコンウェーハ断面図である。
【図２】本発明方法により製造しようとするピエゾ抵抗式圧力センサの模式的な断面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】本発明方法により製造しようとする加速度センサの模式的な断面図である。
【図５】従来のシリコンウェーハの加工方法を説明する図であり、（イ）はシリコンウェーハの裏面側（検出回路面側と反対側）をエッチングして凹所を形成した段階のシリコンウェーハ断面図、（ロ）は裏面の酸化膜を除去した段階のシリコンウェーハ断面図である。
【符号の説明】
１  ピエゾ抵抗式圧力センサ
２、１２  シリコン基板
２’  シリコンウェーハ
３、１３  凹所
７  酸化膜
９  （凹所の内面に形成した）酸化膜
１１  加速度センサ
１４  薄肉部
２１  錘
２２  台
【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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