(57)【要約】【課題】流体の圧力、流量等の物理量を検知するに好適な物理量センサを歩留り良く製作する。【解決手段】シリコン基板１０において、一方の主面に酸化シリコン膜１２を形成すると共に、他方の主面に酸化シリコン膜１４を介して窒化シリコン膜１６を形成する。膜１２の上には、例えばピエゾ抵抗効果を示す半導体等からなる抵抗部材１８を形成する。抵抗部材１８の代りにピエゾ電気効果を示す絶縁部材又は静電容量を構成する変位可能な導電部材を設けてもよい。抵抗部材１８の下には、膜１４，１６と、基板１０と、膜１２とを貫通し且つ抵抗部材１８の一部を空中に浮かせるように貫通孔２０を形成する。貫通孔２０を形成する際には、孔２０の形成予定位置を取囲むように膜１６に応力緩和溝を形成した後、孔２０に対応する開口部を膜１４，１６の積層に形成し、この積層をマスクとするウェットエッチングで基板１０に開口部を形成する。【選択図】図１
2005337956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
この半導体基板の一方の主面を覆って形成された絶縁膜と、
この絶縁膜の上に形成されたセンサ部材と
を備え、前記半導体基板及び前記絶縁膜の積層体に前記センサ部材の一部を空中に浮かせるように貫通孔を設けた物理量センサ。
【請求項２】
前記センサ部材は、前記絶縁膜に設けた接続孔を介して前記半導体基板の被接続部に接続された電極部を有し、この電極部により前記センサ部材を前記絶縁膜から離間した状態で前記絶縁膜及び前記半導体基板に固定した請求項１記載の物理量センサ。
【請求項３】
半導体基板の一方の主面を覆って絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にセンサ部材を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にセンサ部材を覆って保護膜を形成する工程と、
前記保護膜で前記センサ部材及び前記絶縁膜を覆った状態において前記半導体基板の他方の主面に異方性の選択エッチング処理を施すことにより前記センサ部材の一部に対応し且つ前記絶縁膜に達する開口部を前記半導体基板に形成する工程と、
前記保護膜で前記センサ部材及び前記絶縁膜を覆った状態において前記半導体基板をマスクとして前記絶縁膜を選択的にエッチングすることにより前記半導体基板の開口部に連続して前記絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、
前記保護膜を除去することにより前記センサ部材の一部を前記絶縁膜の開口部にて空中に浮かせる工程と
を含む物理量センサの製法。
【請求項４】
半導体基板の一方の主面を覆って絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の主面に異方性の選択エッチング処理を施して前記絶縁膜に達する開口部を前記半導体基板に形成する工程と、
前記絶縁膜を介して前記半導体基板の開口部に重なるように前記絶縁膜の上にセンサ部材を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に前記センサ部材を覆って保護膜を形成する工程と、
前記保護膜で前記センサ部材及び前記絶縁膜を覆った状態において前記半導体基板をマスクとして前記絶縁膜を選択的にエッチングすることにより前記半導体基板の開口部に連続して前記絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、
前記保護膜を除去することにより前記センサ部材の一部を前記絶縁膜の開口部にて空中に浮かせる工程と
を含む物理センサの製法。
【請求項５】
前記絶縁膜を形成する工程では、互いに材料を異にする第１及び第２の絶縁膜をこの記載の順に重ねた積層を前記絶縁膜として形成し、前記センサ部材を形成する工程では、前記半導体基板の被接続部に対応する接続孔を前記積層に形成した後、該接続孔を介して該被接続部に接続される電極部を有するように前記センサ部材を前記第２の絶縁膜の上に形成し、前記保護膜を除去する工程の後、前記第２の絶縁膜を除去して前記センサ部材の一部を前記第１の絶縁膜から離間させる請求項３又は４記載の物理量センサの製法。
【請求項６】
一方の主面が絶縁膜で覆われると共に他方の主面がエッチングストッパ膜で覆われた半導体基板を用意する工程と、
前記絶縁膜の上にセンサ部材を形成する工程と、
前記センサ部材の一部に対応し且つ前記半導体基板の一部を露呈する開口部を前記絶縁膜に等方性の選択エッチング処理により形成して前記センサ部材の一部を前記絶縁膜の開口部にて空中に浮かせる工程と、
前記絶縁膜をマスクとする異方性の選択エッチング処理を前記半導体基板の一方の主面に施すことにより前記絶縁膜の開口部に連続し且つ前記エッチングストッパ膜に達する開口部を前記半導体基板に形成する工程と、
前記エッチングストッパ膜を少なくとも前記半導体基板の開口部に対応する一部分で除去して前記半導体基板の他方の主面側で前記半導体基板の開口部を露呈させる工程と
を含む物理量センサの製法。
【請求項７】
前記半導体基板を用意する工程では、前記絶縁膜が互いに材料を異にする第１及び第２の絶縁膜をこの記載の順に重ねた積層からなっており、前記センサ部材を形成する工程では、前記半導体基板の被接続部に対応する接続孔を前記積層に形成した後、該接続孔を介して該被接続部に接続される電極部を有するように前記センサ部材を前記第２の絶縁膜の上に形成し、前記エッチングストッパ膜の一部分を除去する工程の後、前記第２の絶縁膜を除去して前記センサ部材の一部を前記第１の絶縁膜から離間させる請求項６記載の物理量センサの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体の圧力、流量等の物理量を検知するに好適な物理量センサとその製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンマイクロマシニング技術を応用した物理量センサとしては、図３０に示すようなダイアフラム型のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３０において、シリコン基板１の一方の主面には、窒化シリコン膜２が形成されると共に、窒化シリコン膜２の上面には、白金等の抵抗体（ピエゾ抵抗効果を示すもの）からなる機能薄膜３が形成されている。機能薄膜３は、例えば折り返しパターンを有するように形成されたもので、その一端及び他端にはそれぞれ電極端子３ａ，３ｂが設けられている。シリコン基板１には、機能薄膜３の下方に開口部１Ａが設けられている。窒化シリコン膜２の下面には、機能薄膜３の残留応力を打ち消すための補償薄膜４が設けられている。
【特許文献１】特開平５−２３１９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術によると、窒化シリコン膜２において開口部１Ａ内の部分に生ずる変形又は歪を機能薄膜３で電気信号に変換する構成であるため、例えば気体の圧力を検知する場合、機能薄膜３を固着した窒化シリコン膜部分に変形が生じないような小さな圧力を検知できないという問題点がある。
【０００５】
この発明の目的は、流体の圧力、流量等の物理量を高感度で検知することができる新規な物理量センサとその製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る物理量センサは、
半導体基板と、
この半導体基板の一方の主面を覆って形成された絶縁膜と、
この絶縁膜の上に形成されたセンサ部材と
を備え、前記半導体基板及び前記絶縁膜の積層体に前記センサ部材の一部を空中に浮かせるように貫通孔を設けたものである。センサ部材としては、ピエゾ抵抗効果を示す金属又は半導体等の抵抗部材、ピエゾ電気効果を示す水晶等の絶縁部材、あるいは対向する導電体と共に静電容量を構成する変位可能な導電部材を用いることができる。
【０００７】
この発明の物理量センサによれば、貫通孔の位置でセンサ部材の一部を空中に浮かせる構成にしたので、貫通孔に流体（気体又は液体）を通すことで流体に対するセンサ部材の接触面積が増大し、流体の圧力、流量等の物理量を高感度で検知することができる。
【０００８】
この発明の物理量センサにおいて、前記センサ部材は、前記絶縁膜に設けた接続孔を介して前記半導体基板の被接続部に接続された電極部を有し、この電極部により前記センサ部材を前記絶縁膜から離間した状態で前記絶縁膜及び前記半導体基板に固定してもよい。このようにすると、センサ部材が絶縁膜から離間して電極部で支持された状態となり、流体との接触面積が一層増大するため、検知機能が向上する。
【０００９】
この発明に係る第１の物理量センサの製法は、
半導体基板の一方の主面を覆って絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にセンサ部材を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にセンサ部材を覆って保護膜を形成する工程と、
前記保護膜で前記センサ部材及び前記絶縁膜を覆った状態において前記半導体基板の他方の主面に異方性の選択エッチング処理を施すことにより前記センサ部材の一部に対応し且つ前記絶縁膜に達する開口部を前記半導体基板に形成する工程と、
前記保護膜で前記センサ部材及び前記絶縁膜を覆った状態において前記半導体基板をマスクとして前記絶縁膜を選択的にエッチングすることにより前記半導体基板の開口部に連続して前記絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、
前記保護膜を除去することにより前記センサ部材の一部を前記絶縁膜の開口部にて空中に浮かせる工程と
を含むものである。
【００１０】
第１の物理量センサの製法によれば、絶縁膜の上にセンサ部材を形成した後、保護膜でセンサ部材及び絶縁膜を覆った状態において半導体基板に開口部を形成したり、絶縁膜に開口部を形成したりするので、センサ部材の損傷を防止することができる。また、半導体基板の開口部を形成する際に絶縁膜をエッチングストッパ膜として用いるので、開口部の形状やサイズのばらつきを抑制することができる。
【００１１】
この発明に係る第２の物理量センサの製法は、
半導体基板の一方の主面を覆って絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の主面に異方性の選択エッチング処理を施して前記絶縁膜に達する開口部を前記半導体基板に形成する工程と、
前記絶縁膜を介して前記半導体基板の開口部に重なるように前記絶縁膜の上にセンサ部材を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に前記センサ部材を覆って保護膜を形成する工程と、
前記保護膜で前記センサ部材及び前記絶縁膜を覆った状態において前記半導体基板をマスクとして前記絶縁膜を選択的にエッチングすることにより前記半導体基板の開口部に連続して前記絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、
前記保護膜を除去することにより前記センサ部材の一部を前記絶縁膜の開口部にて空中に浮かせる工程と
を含むものである。
【００１２】
第２の物理量センサの製法によれば、半導体基板に開口部を形成した後、絶縁膜の上にセンサ部材を形成し、保護膜でセンサ部材及び絶縁膜を覆った状態において絶縁膜に開口部を形成するので、センサ部材の損傷を防止することができる。また、半導体基板の開口部を形成する際に絶縁膜をエッチングストッパ膜として用いるので、開口部の形状やサイズのばらつきを抑制することができる。
【００１３】
第１又は第２の物理量センサの製法において、前記絶縁膜を形成する工程では、互いに材料を異にする第１及び第２の絶縁膜をこの記載の順に重ねた積層を前記絶縁膜として形成し、前記センサ部材を形成する工程では、前記半導体基板の被接続部に対応する接続孔を前記積層に形成した後、該接続孔を介して該被接続部に接続される電極部を有するように前記センサ部材を前記第２の絶縁膜の上に形成し、前記保護膜を除去する工程の後、前記第２の絶縁膜を除去して前記センサ部材の一部を前記第１の絶縁膜から離間させるようにしてもよい。このようにすると、センサ部材が第１の絶縁膜から離間して電極部で支持された構成の物理量センサを得ることができる。
【００１４】
この発明に係る第３の物理量センサの製法は、
一方の主面が絶縁膜で覆われると共に他方の主面がエッチングストッパ膜で覆われた半導体基板を用意する工程と、
前記絶縁膜の上にセンサ部材を形成する工程と、
前記センサ部材の一部に対応し且つ前記半導体基板の一部を露呈する開口部を前記絶縁膜に等方性の選択エッチング処理により形成して前記センサ部材の一部を前記絶縁膜の開口部にて空中に浮かせる工程と、
前記絶縁膜をマスクとする異方性の選択エッチング処理を前記半導体基板の一方の主面に施すことにより前記絶縁膜の開口部に連続し且つ前記エッチングストッパ膜に達する開口部を前記半導体基板に形成する工程と、
前記エッチングストッパ膜を少なくとも前記半導体基板の開口部に対応する一部分で除去して前記半導体基板の他方の主面側で前記半導体基板の開口部を露呈させる工程と
を含むものである。
【００１５】
第３の物理量センサの製法によれば、センサ部材を形成する前に半導体基板の他方の主面をエッチングストッパ膜で覆っておくので、エッチングストッパ膜で覆う処理をセンサ部材の形成後に行なう場合に比べてセンサ部材の損傷を抑制することができる。また、半導体基板に開口部を形成する際にエッチングストッパ膜を用いることで開口部の形状やサイズのばらつきを抑制することができる。
【００１６】
第３の物理量センサの製法において、前記半導体基板を用意する工程では、前記絶縁膜が互いに材料を異にする第１及び第２の絶縁膜をこの記載の順に重ねた積層からなっており、前記センサ部材を形成する工程では、前記半導体基板の被接続部に対応する接続孔を前記積層に形成した後、該接続孔を介して該被接続部に接続される電極部を有するように前記センサ部材を前記第２の絶縁膜の上に形成し、前記エッチングストッパ膜の一部分を除去する工程の後、前記第２の絶縁膜を除去して前記センサ部材の一部を前記第１の絶縁膜から離間させるようにしてもよい。このようにすると、センサ部材が第１の絶縁膜から離間して電極部で支持された構成の物理量センサを得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、流体の圧力、流量等の物理量を高感度で検知可能な物理量センサを実現できると共に、かような物理量センサを歩留り良く製作できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、この発明の一実施形態に係る物理量センサを示すものである。例えば単結晶シリコンからなるシリコン基板（半導体基板）１０の一方の主面には、酸化シリコン膜（絶縁膜）１２が形成されており、基板１０の他方の主面には、酸化シリコン膜１４を介して窒化シリコン膜１６が形成されている。酸化シリコン膜１２の上には、所定の折り返しパターンに従って抵抗部材（センサ部材）１８が形成されており、抵抗部材１８の一端及び他端には、電極部１８ａ及び１８ｂがそれぞれ設けられている。抵抗部材１８は、電極部１８ａから所定長の部分と、電極部１８ｂから所定長の部分と、各折り返し個所とが酸化シリコン膜１２に固定されている。
【００１９】
基板１０、酸化シリコン膜１２，１４及び窒化シリコン膜１６の積層体には、抵抗部材１８の下方に位置するように貫通孔２０が設けられている。貫通孔２０は、一例として長方形状であるが、正方形状、円形状、楕円形状等であってもよい。抵抗部材１８は、電極部１８ａから折り返し個所に至る直線部分と、順次の折り返し個所毎の直線部分と、電極部１８ｂから折り返し個所に至る直線部分とが貫通孔２０にて空中に浮いた状態になっている。
【００２０】
なお、貫通孔２０のサイズは、抵抗部材１８の各折り返し個所より内側に小さい例を示したが、抵抗部材１８の各折り返し個所より外側に大きくしてもよい。このようにすると、抵抗部材１８は、電極部１８ａ及びその近傍部分と、電極部１８ｂ及びその近傍部分との２箇所でのみ酸化シリコン膜１２に固定されることになる。
【００２１】
抵抗部材１８の材料としては、ピエゾ抵抗効果を示す金属又は半導体等を用いることができ、例えばポリシリコン又はポリサイド（ポリシリコンにＷ，Ｍｏ，Ｔｉ等の高融点金属のシリサイドを重ねた積層）等を用いることができる。また、センサ部材としては、抵抗部材１８の代りに、ピエゾ電気効果を示す水晶等の絶縁部材を用いてもよい。
【００２２】
図１に示す物理量センサは、一例として圧電マイクロホンとして用いることができる。すなわち、矢印Ａ方向に貫通孔２０に音波（空気の振動）を供給すると、音波の振幅（圧力）や振動数（ピッチ）に応じて抵抗部材１８が歪み、抵抗変化を生ずるので、抵抗変化に応じた電気信号（音声信号）を得ることができる。他の例としては、貫通孔２０に供給される流体（例えば呼吸気）の圧力、流量等を検知可能である。
【００２３】
図２は、図１の物理量センサに関してセンサ部材の変形例を示すもので、図１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図２において、膜１２の下の基板１０及び膜１４，１６を含む積層構成は、図１と同様であるので、図示を省略した。
【００２４】
図２の例の特徴は、酸化シリコン膜１２の上に、抵抗部材１８の代りに、互いに平行に延長して静電容量を構成する導電部材２２，２４を設けたことである。導電部材２２，２４は、いずれも金属又は半導体等の導電材からなっている。酸化シリコン膜１２には、貫通孔２０（図１）を構成する開口部１２Ａが設けられている。
【００２５】
導電部材２２の一端には、電極部２２ａが設けられている。導電部材２２は、電極部２２ａから所定長の部分が酸化シリコン膜１２に固定されており、この固定部より先の部分が開口部１２Ａの上方を延長し、延長端が自由端となっている。このため、導電部材２２において、開口部１２Ａ上を延長する部分は、開口部１２Ａを通る流体の圧力等に応じて変位可能である。
【００２６】
導電部材２４の一端には、電極部２４ａが設けられている。導電部材２４は、電極部２４ａから所定長の部分が酸化シリコン膜１２に固定されており、この固定部より先の部分が開口部１２Ａの上方を延長し、延長端が酸化シリコン膜１２に固定されている。このため、導電部材２４において開口部１２Ａ上を延長する部分は、開口部１２Ａを通る流体の圧力等に応じて実質的に変位不能とすることができる。従って、導電部材２２，２４間の静電容量は、開口部１２Ａを通る流体の圧力等に応じて変化することとなり、静電容量の変化を検出することで圧力等を検知可能となる。
【００２７】
なお、導電部材２４は、例えば開口部１２Ａの一辺１２ａに沿って一端から他端まで全体的に酸化シリコン膜１２に固定されるように形成してもよい。このようにすると、導電部材２４の変位を一層確実に抑制することができる。
【００２８】
図３〜１０は、図１の物理量センサの第１の製法を示すものである。図３の工程では、一方の主面を覆って酸化シリコン膜１２が形成されると共に他方の主面を覆って酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６がこの記載の順に形成された単結晶シリコンからなるシリコン基板１０を用意する。酸化シリコン膜１２は、図４に示す抵抗部材１８の下地膜として役立つものであり、酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層は、基板１０に開口部を選択エッチング処理によって形成する際にエッチングマスクとして用いるものである。
【００２９】
酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層を形成する際には、例えば熱酸化法により酸化シリコン膜１４を形成した後、酸化シリコン膜１４の上に減圧ＣＶＤ（ケミカル・ベーパー・デポジション）法により窒化シリコン膜１６を形成する。酸化シリコン膜１４を形成するための熱酸化処理において、処理条件は、一例として、
ガス流量：Ｎ２／Ｏ２＝１８／１０［ｌ／ｍｉｎ］
基板温度：１０２５［℃］
とすることができる。また、窒化シリコン膜１６を形成するための減圧ＣＶＤ処理において、処理条件は、一例として、
ガス流量：ＳｉＨ２Ｃｌ２／ＮＨ３（又はＮＨ３＋Ｎ２）＝０．０５〜６／
０．５〜６［ｌ／ｍｉｎ］
反応室内圧力：６０［Ｐａ］
基板温度：７００〜８００［℃］
とすることができる。
【００３０】
酸化シリコン膜１２は、酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層を形成した後、熱酸化法又はＣＶＤ法により形成することができる。一例として、酸化シリコン膜１２、酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の厚さは、それぞれ１００ｎｍ、３００ｎｍ、２００ｎｍ程度とすることができる。
【００３１】
図４の工程では、酸化シリコン膜１２の上に抵抗部材１８を形成する。このためには、部材１８を構成する抵抗材料をスパッタ法等により酸化シリコン膜１２の表面に被着した後、その被着層をホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により図１に示したような折り返しパターンに従ってパターニングすればよい。
【００３２】
図５の工程では、酸化シリコン膜１２の上に抵抗部材１８を覆ってポリイミド樹脂等の保護膜３０を形成する。保護膜３０は、この後の種々の処理から抵抗部材を保護すると共に酸化シリコン膜１２のエッチング時にはエッチングストッパとして役立つものである。
【００３３】
図６の工程では、図５のシリコン基板１０を裏返した状態にする。そして、レジスト層３２をマスクとする選択的ドライエッチング処理により窒化シリコン膜１６の一部に応力緩和溝１６Ａを形成する。
【００３４】
応力緩和溝１６Ａは、酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層をエッチングマスクとして使用する際にマスク開口部の角部に膜応力が集中することによりマスク形状が変化したり、窒化シリコン膜１６に亀裂が生じたりするのを防止するために設けられるものである。図１１には、応力緩和溝１６Ａの平面パターンの一例を示す。この例では、図７に示すマスク開口部３６Ａを取囲むような枠状パターンに従って応力緩和溝１６Ａを形成する。図６は、図１１のＡ−Ａ’線断面に対応する。
【００３５】
図１２〜１４は、応力緩和溝の第１〜第３の変形例を示すものである。これらの図において、図６，１１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
図１２の例は、スクライブ領域２６に取囲まれた矩形状のシリコン領域においてマスク開口部３６Ａを取囲むように且つマスク開口部３６Ａと４辺が非平行となるように矩形状の応力緩和溝１６Ａを窒化シリコン膜１６に形成したものである。溝１６Ａの幅Ｗは、１０［μｍ］以上とし、マスク開口部３６Ａの１つの角部と溝１６Ａの一辺との間の間隔Ｄは、１００［μｍ］以上とすることができる。
【００３７】
図１３の例は、マスク開口部３６Ａを取囲むように円環状の応力緩和溝１６Ａを形成したものである。また、図１４の例は、マスク開口部３６Ａを取囲むように且つマスク開口部３６Ａの４つの角部にそれぞれ対応して４つの応力緩和溝１６Ａ〜１６Ｄを形成したものである。
【００３８】
図１２〜１４の例においては、マスク開口部３６Ａの周囲に１又は複数の応力緩和溝を設けたので、マスク開口部３６Ａの４つの角部の近傍には応力緩和溝が存在することになる。従って、角部への膜応力の集中を抑制することができ、マスクの形状異常や亀裂異常を防止することができる。
【００３９】
１６Ａ等の応力緩和溝を形成するためのドライエッチング処理において、平行平板型プラズマエッチング方式を用いた場合、処理条件は、一例として、
使用ガス：ＳＦ６／Ｈｅ
反応室内圧力：０．５０［Ｔｏｒｒ］付近
とすることができる。また、ダウンフロー方式を用いた場合には、処理条件は、一例として、
使用ガス：ＳＦ６／Ｈｅ
反応室内圧力：０．２０［Ｔｏｒｒ］付近
とすることができる。ドライエッチング処理の後は、レジスト層３２を周知の方法により除去する。
【００４０】
図７の工程では、所望のマスク開口部３６Ａに対応する孔を有するレジスト３４を窒化シリコン膜１６の上に応力緩和溝１６Ａを覆ってホトリソグラフィ処理により形成する。そして、レジスト層３４をマスクとする選択的ドライエッチング処理により酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層の一部に図１１に示したような長方形状の平面パターンでマスク開口部３６Ａを形成し、膜１４，１６の積層の残存部をエッチングマスク３６として残す。
【００４１】
マスク開口部３６Ａを形成するためのドライエッチング処理において、平行平板型プラズマエッチング方式を用いた場合、処理条件は、一例として、
使用ガス：ＣＦ４／Ｏ２
反応室内圧力：１．０［Ｔｏｒｒ］付近
とすることができる。また、マグネトロン型ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）方式を用いた場合、処理条件は、一例として、
使用ガス：ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｎ２
反応室内圧力：０．２５［Ｔｏｒｒ］付近
とすることができる。さらに、狭電極ＲＩＥ方式を用いた場合、処理条件は、一例として、
使用ガス：ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ｈｅ
反応室内圧力：０．１５［Ｔｏｒｒ］付近
とすることができる。ドライエッチング処理の後は、周知の方法によりレジスト層３４を除去する。なお、図７の選択的ドライエッチング処理は、図６の選択的ドライエッチング処理の前に行なうようにしてもよい。
【００４２】
図８の工程では、エッチングマスク３６を用い且つアルカリエッチング液を用いてシリコン基板１０を選択的に且つ異方的にエッチングして基板開口部１０Ａを形成する。基板開口部１０Ａは、酸化シリコン膜１２に達するように形成する。
【００４３】
アルカリエッチング液としては、ＴＭＡＨ又はＫＯＨ（水酸化カリウム）を用いることができ、いずれも濃度は２５［％］前後、液温は９０［℃］前後とすることができる。濃度が高くなると、シリコンのエッチング面の荒れが大きくなるので、濃度は若干薄い方が好ましい。しかし、濃度が薄くなるすぎると、エッチングレートが低下し、処理時間が長くなる。
【００４４】
図８のウェットエッチング工程においては、図７の工程でエッチングマスク３６に応力緩和溝１６Ａを設けたので、マスクの形状異常や亀裂異常が発生せず、マスク開口部３６Ａに対応した長方形状の基板開口部１０Ａが得られる。また、このときのウェットエッチング処理では、抵抗部材１８及び酸化シリコン膜１２が保護膜３０で覆われているため、損傷を免れることができる。
【００４５】
図９の工程では、例えばエッチャントとして希フッ酸＋バッファードフッ酸を用い且つ基板１０及び窒化シリコン膜１６をマスクとする等方性のウェットエッチング処理により基板開口部１０Ａに対応する開口部１２Ａを酸化シリコン膜１２に形成する。このとき、保護膜３０は、エッチングストッパとして役立つ。また、酸化シリコン膜１４の露出部（応力緩和溝１６Ａに対応する部分など）が若干エッチングされる。エッチング処理としては、ドライエッチング処理又は異方性エッチング処理を用いてもよい。
【００４６】
図１０の工程では、図９のシリコン基板１０を抵抗部材１８が上になるように反転させる。そして、保護膜３０を薬液処理等により除去する。この結果、抵抗部材１８の一部が、酸化シリコン膜１２に設けた開口部１２Ａ（図９）にて空中に浮いた状態となる。図１に示した貫通孔２０は、エッチングマスク３６に設けたマスク開口部３６Ａ（図７）と、基板１０に設けた基板開口部１０Ａ（図８）と、酸化シリコン膜１２に設けた開口部１２Ａ（図９）とにより構成される。酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層を残しておくと、基板１０の反り防止や強度増強に役立つ。
【００４７】
上記した第１の製法によれば、抵抗部材１８を保護膜３０で保護するようにしたので、エッチング等の処理時に抵抗部材１８の損傷を防止できる。また、エッチングマスク３６に応力緩和溝１６Ａを設けたので、マスク３６の形状異常や亀裂異常を防止できる。さらに、酸化シリコン膜１２をエッチングストッパ膜として用いるので、基板開口部１０Ａの形状やサイズのばらつきを抑制できる。従って、図１の物理量センサを歩留り良く製作することができる。
【００４８】
図１５〜１７は、図１の物理量センサの第２の製法を示すもので、図３〜１０と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。第２の製法が前述した第１の製法と異なる点は、抵抗部材１８の形成に先立って基板開口部１０Ａの形成を行なうことである。
【００４９】
図１５の工程では、図３に関して前述したと同様のシリコン基板１０を用意した後、図６〜８に関して前述したと同様にして酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層からなり且つ応力緩和溝１６Ａ及びマスク開口部３６Ａを有するエッチングマスク３６を用いる異方性の選択的ウェットエッチング処理によりシリコン基板１０に基板開口部１０Ａを形成する。基板開口部１０Ａは、酸化シリコン膜１２に達するように形成する。
【００５０】
図１６の工程では、図４に関して前述と同様にして酸化シリコン膜１２の上に抵抗部材１８を形成する。図１７の工程では、図５に関して前述したと同様にして酸化シリコン膜１２の上に抵抗部材１８を覆って保護膜３８を形成する。そして、図９，１０に関して前述したと同様にして酸化シリコン膜１２に開口部１２Ａを形成した後、保護膜３８を除去する。
【００５１】
上記した第２の製法によれば、第１の製法に関して前述したと同様に図１の物理量センサを歩留り良く製作することができる。なお、上記した第１又は第２の製法においては、抵抗部材１８の代りに他のセンサ部材を形成してもよい。また、センサ部材として図２の導電部材２２，２４を形成する際には、導電部材２２，２４に適合した材料やパターンを選定すればよい。
【００５２】
図１８は、この発明の他の実施形態に係る物理量センサを示すもので、図１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図１８の物理量センサが図１の物理量センサと異なる点は、抵抗部材１８を窒化シリコン膜１６の上に形成したことである。抵抗部材１８の窒化シリコン膜１６に対する固定状態は、図１において酸化シリコン膜１２に関して前述したものと同様である。
【００５３】
図１８の物理量センサにおいては、図１の物理量センサと同様に音声−電気変換や流体の圧力、流量等の検知が可能である。抵抗部材１８の代りに、他のセンサ部材を用いることもできる。
【００５４】
図１９は、図１８の物理量センサに関してセンサ部材の変形例を示すもので、図１８と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１９において、膜１６の下の膜１４、基板１０及び膜１２を含む積層構成は、図１８と同様であるので、図示を省略した。
【００５５】
図１９の例の特徴は、図２に関して前述したと同様に静電容量を構成する導電部材２２，２４を窒化シリコン膜１６の上に形成したことである。導電部材２２，２４の窒化シリコン膜１６に対する固定状態は、図２において酸化シリコン膜１２に関して前述したものと同様である。導電部材２２が圧力等に応じて変位可能に配置されると共に導電部材２４が圧力等に応じて実質的に変位不能に配置されているので、導電部材２２，２４間の静電容量の変化を検出することで圧力等を検知可能である。
【００５６】
図２０〜２４は、図１８の物理量センサの製法を示すものである。図２０の工程では、図３に関して前述したと同様のシリコン基板１０を用意した後、図４に関して前述したと同様にして抵抗部材１８を窒化シリコン膜１６の上に形成する。酸化シリコン膜１２は、図２３の工程で基板開口部１０Ａを形成する際にエッチングストッパ膜として役立つものである。
【００５７】
図２１の工程では、図６に関して前述したと同様にしてレジスト層４０をマスクとする選択的ドライエッチング処理により窒化シリコン膜１６に応力緩和溝１６Ａを形成する。この後、レジスト層４０を除去する。
【００５８】
図２２の工程では、所望のマスク開口部３６Ａに対応する孔を有するレジスト層４２を窒化シリコン膜１６の上に応力緩和溝１６Ａ及び抵抗部材１８を覆ってホトリソグラフィ処理により形成する。そして、レジスト層４２をマスクとする等方性の選択的ウェット（又はドライ）エッチング処理により酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層の一部にマスク開口部３６Ａを形成し、膜１４，１６の積層の残存部をエッチングマスク３６として残す。このとき、抵抗部材１８の一部は、マスク開口部３６Ａにて空中に浮いた状態となる。この後、レジスト層４２を除去する。なお、抵抗部材１８の材料とエッチャント（又はエッチングガス）との組合せとしては、抵抗部材１８がエッチングされないものを選定する。このことは、図２３，２４のエッチング工程についても同様である。
【００５９】
図２３の工程では、図８に関して前述したと同様にしてエッチングマスク３６を用いる異方性の選択的ウェットエッチング処理によりシリコン基板１０に基板開口部１０Ａを形成する。基板開口部１０Ａは，酸化シリコン膜１２に達するように形成する。
【００６０】
図２４の工程では、酸化シリコン膜１２を覆ってポリイミド樹脂等から保護膜４４を形成する。そして、図９，１０に関して前述したと同様にして酸化シリコン膜１２に開口部１２Ａを形成した後、保護膜４４を除去する。
【００６１】
図２０〜２４に関して上記した製法によれば、抵抗部材１８を形成する前にエッチングストッパ用の酸化シリコン膜１２を形成しておくので、抵抗部材１８の形成後に酸化シリコン膜１２を形成する場合に比べて抵抗部材１８の損傷を抑制できる。また、エッチングマスク３６に応力緩和溝１６Ａを設けたので、マスク３６の形状異常や亀裂異常を防止できる。さらに、酸化シリコン膜１２をエッチングストッパ膜として用いるので、基板開口部１０Ａの形状やサイズのばらつきを抑制できる。従って、図１８の物理量センサを歩留り良く製作することができる。
【００６２】
図２５〜２７は、この発明の更に他の実施形態に係る物理量センサの製法を示すもので、図１８〜２４と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図２５〜２７において、基板１０の下の膜１２の被着構成は、図１８〜２４と同様であるので、図示を省略した。
【００６３】
図２５の工程では、一例としてＰ型の半導体基板１０の主面にＮ＋型の不純物ドープ領域からなる被接続部４８を形成する。被接続部４８は、基板１０の他の部分に形成されたセンサ回路（図示せず）に接続される。次に、被接続部４８を覆って酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６を基板１０の主面に順次に形成する。そして、ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理により酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６に被接続部４８に達する接続孔３６ａを形成する。
【００６４】
この後、窒化シリコン膜１６の上に接続孔３６ａを覆って例えばポリシリコン層をＣＶＤ法等に堆積する。ポリシリコン層は、堆積中又は堆積後に導電型決定不純物をドープして低抵抗化する。ホトリソグラフィ及びドライエッチング処理によりポリシリコン層を所定のパターンに従ってパターニングすることによりポリシリコン層の残存部からなる抵抗部材１８を形成する。抵抗部材１８は、接続孔３６ａを介して被接続部４８に接続される電極部１８ａを有するように形成する。
【００６５】
図２６の工程では、図２１，２２に関して前述したと同様にして酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１６の積層の一部に選択エッチング処理によりマスク開口部３６Ａを形成し、膜１４，１６の積層の残存部をエッチングマスク３６として残す。この結果、抵抗部材１８の一部は、マスク開口部３６Ａにて空中に浮いた状態となる。この後、図２３に関して前述したと同様にしてエッチングマスク３６を用いる異方性の選択的ウェットエッチング処理により基板開口部１０Ａを形成する。
【００６６】
図２７の工程では、図２４に関して前述したと同様にして基板１０の下面の酸化シリコン膜１２に基板開口部１０Ａに連続する開口部１２Ａを形成し、開口部１２Ａ，１０Ａ，３６Ａからなる貫通孔２０を得る。そして、エッチング処理に窒化シリコン膜１６（図２６）を除去して抵抗部材１８の一部を酸化シリコン膜１４から離間させる。抵抗部材１８の他方の電極部１８ｂ（図１８）も、上記した電極部１８ａと同様にして形成される。
【００６７】
図２７に示した物理量センサは、貫通孔２０を通る流体との接触面積が増大するため、検知機能が向上する利点がある。
【００６８】
図２８は、図２７の物理量センサに関して抵抗部材構成の変形例を示すもので、図２７と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６９】
図２８の物理量センサにおいて、抵抗部材１８は、図２７に関して前述したと同様にドープトポリシリコン等からなるものであるが、電極部１８ａの構成が図２７のものと異なる。すなわち、図２５に対応する工程では、ポリシリコン層を堆積する前に接続孔３６ａの内部を覆ってスパッタ法等によりＴｉ（チタン）膜（抵抗低減膜）にＴｉＮ膜（密着膜）を重ねたＴｉＮ／Ｔｉ積層を形成した後、ブランケットＣＶＤ法等によりＴｉＮ／Ｔｉ積層の上に接続孔３６ａを埋めるようにＷ（タングステン）層を堆積する。そして、Ｗ層及びＴｉＮ／Ｔｉ積層を窒化シリコン膜１６が露呈されるまでエッチバックすることにより接続孔３６ａ内にＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ａ及びＷプラグ層１８Ｂを残存させる。
【００７０】
次に、接続孔３６ａ内のＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ａ及びＷプラグ層１８Ｂを覆って窒化シリコン膜１６の上に新たなＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ｃをスパッタ法等により形成してから、ＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ｃの上に前述したと同様にドープトポリシリコン層を形成する。そして、ＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ｃ及びドープトポリシリコン層の積層体に図２５に関して前述したと同様にパターニング処理を施して底面にＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ｃを有する抵抗部材１８を形成する。この後、開口部３６Ａ，１０Ａ，１２Ａの形成処理及び窒化シリコン膜１６の除去処理を図２６，２７に関して前述したと同様に行なうと、図２８に示したセンサ構成が得られる。
【００７１】
なお、Ｗ層及びＴｉＮ／Ｔｉ積層のエッチバックをＴｉＮ／Ｔｉ積層が露呈された段階で停止し、新たなＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ｃの形成を省略してもよい。この場合、エッチバックで露呈されたＴｉＮ／Ｔｉ積層をＴｉＮ／Ｔｉ積層１８Ｃの代りに用いることができる。
【００７２】
図２９は、図２７の物理量センサに関してセンサ部材配置の変形例を示すもので、図２７と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７３】
図２９の物理量センサにおいて、抵抗部材１８は、図２７に関して前述したと同様にドープトポリシリコンからなるものであるが、抵抗部材１８を基板１０の酸化シリコン膜１２側の主面に設けた点が異なる。すなわち、図３に対応する工程では、酸化シリコン膜１２を形成した後、選択的イオン注入法等により基板１０の主面に被接続部４８を形成する（被接続部４８の形成は、酸化シリコン膜１２の形成前に行なってもよい）。そして、酸化シリコン膜１２を覆って窒化シリコン膜１７を形成した後、図２５に関して前述したと同様にして酸化シリコン膜１２及び窒素シリコン膜１７の積層に被接続部４８に達する接続孔３６ａを形成する。
【００７４】
次に、図２５に関して前述したと同様にしてドープトポリシリコン層を形成し、パターニングすることにより接続孔３６ａを介して被接続部４８に接続された電極層１８ａを有する抵抗部材１８を形成する。この後、保護膜３０の形成処理、開口部３６Ａ，１０Ａ，１２Ａの形成処理及び保護膜３０の除去処理を図５〜１０に関して前述したと同様に行なう。そして、窒化シリコン膜１７を除去すると、図２９のセンサ構成が得られる。なお、図２９のセンサ構成は、図１５〜１７の製法を準用して製作することも可能である。
【００７５】
図２５〜２９に関して上記したセンサ構成にあっては、抵抗部材１８の代りに他のセンサ部材を用いてもよく、例えば図２又は図１９に示したような静電容量型のセンサ部材を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の一実施形態に係る物理量センサを示す一部断面斜視図である。
【図２】図１の物理量センサに関してセンサ部材の変形例を示す一部断面斜視図である。
【図３】図１の物理量センサの第１の製法における基板準備工程を示す断面図である。
【図４】図３の工程に続く抵抗部材形成工程を示す断面図である。
【図５】図４の工程に続く保護膜形成工程を示す断面図である。
【図６】図５の工程に続く応力緩和溝形成工程を示す断面図である。
【図７】図６の工程に続くマスク開口部形成工程を示す断面図である。
【図８】図７の工程に続く基板開口部形成工程を示す断面図である。
【図９】図８の工程に続く酸化シリコンエッチング工程を示す断面図である。
【図１０】図９の工程に続く保護膜除去工程を示す断面図である。
【図１１】応力緩和溝の一例を示す平面図である。
【図１２】応力緩和溝の第１の変形例を示す平面図である。
【図１３】応力緩和溝の第２の変形例を示す平面図である。
【図１４】応力緩和溝の第３の変形例を示す平面図である。
【図１５】図１の物理量センサの第２の製法における基板開口部形成工程を示す断面図である。
【図１６】図１５の工程に続く抵抗部材形成工程を示す断面図である。
【図１７】図１６の工程に続く酸化シリコンエッチング工程を示す断面図である。
【図１８】この発明の他の実施形態に係る物理量センサを示す一部断面斜視図である。
【図１９】図１８の物理量センサに関してセンサ部材の変形例を示す一部断面斜視図である。
【図２０】図１８の物理量センサの製法における抵抗部材形成工程を示す断面図である。
【図２１】図２０の工程に続く応力緩和溝形成工程を示す断面図である。
【図２２】図２１の工程に続くマスク開口部形成工程を示す断面図である。
【図２３】図２２の工程に続く基板開口部形成工程を示す断面図である。
【図２４】図２３の工程に続く酸化シリコンエッチング工程を示す断面図である。
【図２５】この発明の更に他の実施形態に係る物理量センサの製法における抵抗部材形成工程を示す断面図である。
【図２６】図２５の工程に続くマスク開口部形成工程及び基板開口部形成工程を示す断面図である。
【図２７】図２６の工程に続く窒化シリコン膜除去工程を示す断面図である。
【図２８】図２７の物理量センサに関して抵抗部材構成の変形例を示す断面図である。
【図２９】図２７の物理量センサに関して抵抗部材配置の変形例を示す断面図である。
【図３０】従来の物理量センサの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０：シリコン基板、１２，１４：酸化シリコン膜、１６，１７：窒化シリコン膜、１６Ａ〜１６Ｄ：応力緩和溝、１８：抵抗部材、１８ａ，１８ｂ，２２ａ，２４ａ：電極部、２０：貫通孔、２２，２４：導電部材、３０，３８，４４：保護膜、３２，３４，４０，４２：レジスト層、３６：エッチングマスク、４８：被接続部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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