(57)【要約】【課題】半導体結晶１の厚さの各製品毎のばらつきに対して、圧力検出精度や圧力検出特性が影響され難い構造を有する静電容量型圧力センサを実現する。【解決手段】図２の異方性エッチングは、半導体結晶１の裏面１ｂに成膜されたエッチングマスク９０を用い、酸化シリコン層８をストッパ層とした湿式エッチングによって実施される。これにより、開口部１ａと同時に第１電極２には圧力導入孔２ａが形成される。図２（ａ）の符号２′は、本発明の低／無添加部を示しており、この部分はエッチングレートが相対的に非常に高いので、この低／無添加部２′は選択的にエッチングされる。この様な製造方法に従えば、極めて容易に各圧力導入孔２ａの大きさ（特に直径）を半導体結晶１の厚さに依存し難く形成できるので、第１電極２の面積が略一定に確保でき、その結果、感応用の静電容量も半導体結晶１の厚さに殆ど依存しなくなる。【選択図】  図２
2005017007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に不純物が添加された半導体結晶の前記不純物が添加された部分から成る第１電極と、他の第２電極とで静電容量が構成された静電容量型圧力センサにおいて、
前記第１電極は、前記第１電極と前記第２電極との間の空間内に被測定圧又は測定基準圧を導入する圧力導入孔を有し、
前記圧力導入孔は、前記第１電極に対して略垂直な略柱状の微細孔を前記第１電極に形成することにより設けられている
ことを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記第１電極は、ｐ型の不純物が添加されたｐ型半導体結晶から形成されており、
前記第１電極の一部を、不純物が相対的に低濃度のｐ型か、無添加か、又はｎ型にすることにより前記第１電極に局所的に形成された高エッチングレート設定部の少なくとも一部を化学的に選択エッチングすることにより、前記圧力導入孔が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項３】
前記圧力導入孔の周囲に、前記高エッチングレート設定部が残存している
ことを特徴とする請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項４】
前記第１電極は、前記圧力導入孔を複数有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載の静電容量型圧力センサの製造方法であって、
前記高エッチングレート設定部を前記第１電極の一部に局所的に形成する高エッチングレート設定部形成工程と、
前記高エッチングレート設定部の少なくとも一部を化学的に選択エッチングすることにより前記圧力導入孔を形成する選択エッチング工程と
を有する
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６】
前記半導体結晶の前記空間が形成される側の面上に、前記選択エッチングに対して耐性を有する絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項７】
前記半導体結晶の前記空間が形成される側とは反対側の面から前記半導体結晶を異方性エッチングする工程を有し、
前記選択エッチング工程は、前記異方性エッチングと同一の化学処理により、前記異方性エッチングと同時に実施される
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項８】
前記選択エッチング工程は、湿式エッチング又は電解エッチングにより実施される
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項９】
少なくとも部分的に不純物が添加された半導体結晶の前記不純物が添加された部分から成る第１電極と、他の第２電極とで静電容量が構成され、前記第１電極と前記第２電極との間の空間内に被測定圧又は測定基準圧を導入する圧力導入孔が前記第１電極に設けられた静電容量型圧力センサの製造工程において、
前記第１電極を１つの回路構成要素とする電解エッチング用の電圧印加回路を用いて、前記半導体結晶の前記空間が形成される側とは反対側の面から前記半導体結晶を電解エッチングする工程を有し、
前記電圧印加回路上の電流の大小を検出し、
前記電流又は前記電流の時間変化が所定量に達した時から、前記その後のエッチング処理に関する処理時間を制御する
ことを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも部分的に不純物が添加された半導体結晶の不純物が添加された部分から成る第１電極と、他の第２電極とで静電容量が構成された静電容量型圧力センサに関し、特に、第１電極と第２電極との間の空間内に被測定圧又は測定基準圧を導入する圧力導入孔が、上記の第１電極に設けられた静電容量型圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２０００−２８４６２号公報
【非特許文献１】
”Ｅｔｃｈ  Ｓｔｏｐ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ”，
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  １０ｔｈ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，１９９１．ｐｐ．２５−２８
【０００３】
上記の特許文献１は、電極形状の変化を静電容量で検出して、その変形要因の大きさを定量的な電気信号に変換する変換装置に関するものである。
また、上記の非特許文献１は、エッチストップ技法やエッチングレートの最適化等のエッチング技法に係わり、半導体素子等の各種のデバイスを所望の形状に形成する際等に、今後とも必要或いは有用となり得るもので、これらのエッチング技法は、圧力センサを始めとする幅広い分野における応用が期待される。
図５に、従来の静電容量型圧力センサ９００の平面図（ａ）とその一断面（Ａ−Ａ′断面）における断面図（ｂ）を例示する。
【０００４】
本静電容量型圧力センサ９００の大きさは、２ｍｍ×２ｍｍ×０．３ｍｍ程度であり、ダイアフラムＤは第２電極５ａと窒化シリコン層４とポリシリコン層３から形成されている。半導体結晶１はシリコンから成り、その裏面１ｂ（シリコンの（１００）面）には、異方性エッチングにより開口部１ａが形成されている。この開口部１ａは略正方形を底面とする略四角錐台形状に形成されている。この略四角錐台の傾斜角θ０  は約５５°である。半導体結晶１の一部に局所的に高濃度にｐ型の不純物（例：ホウ素（Ｂ））を熱拡散させて添加することにより、ｐ型の半導体結晶（シリコン）から成る第１電極２が形成されている。
【０００５】
上記の異方性エッチングは、酸化シリコン層８をストッパ層とした湿式エッチングであり、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や或いはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等の塩基性水溶液を用いて実施することができる。この化学処理により開口部１ａと同時に第１電極２には圧力導入孔２ａが半導体結晶（シリコン）の異方性に従って形成される。ただし、絶縁部βを円周とする円内に位置していたストッパ層（酸化シリコン層８）は、第１電極２と第２電極５ａとの間の空間ρを形成する際の犠牲層の一部として除去される。即ち、空間ρを形成する際に除去されたこの犠牲層は、より詳しくは、比較参照用電極５ｂの下方の構造と全く同様に第１電極２の上面上に酸化シリコン層８、窒化シリコン層７、ＰＳＧ層６（フォスフォシリケードガラス）をこの順で順次積層したものから形成され、上記の圧力導入孔２ａを形成した後で、例えばフッ酸等を用いた湿式エッチングにより除去されるものである。
【０００６】
ポリシリコン層５の大部分には、ｐ型不純物（ホウ素）が高濃度に添加されており、それらの一部から第２電極５ａや比較参照用電極５ｂなどがそれぞれ形成されている。第２電極５ａは、配線１１ｃにより電極パッド１０ｃに接続されており、第１電極２と共に感応用の静電容量を構成する。また、比較参照用電極５ｂは、配線１１ａにより電極パッド１０ａに接続されており、第１電極２と共に比較参照用の静電容量を構成する。また、第１電極２は、電極パッド１０ｂにつながっている。
【０００７】
通常、これらの製造工程は、半導体ウエハ単位に実施され、静電容量型圧力センサ９００は、製造工程の終盤に個々のセンサチップ単位に分割される。
上記の圧力導入孔２ａが必要以上に大きく形成されてしまうと、第１電極２の面積や体積がその分小さくなるので感応用の静電容量が必ずしも十分では無くなり、圧力センサとしての感度やＳ／Ｎが低下するので、上記の圧力導入孔２ａを所望の形状や所望の大きさに形成することは重要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の圧力導入孔２ａを所望の大きさに形成するためには、各センサチップ個体毎の半導体結晶１の厚さＴのばらつきに応じて、上記の異方性エッチングのマスク寸法（マスクされない窓の大きさ）を変更しなければならない。上記の圧力導入孔２ａの大きさ、中でも特に孔の径方向の大きさは上記の感応用の静電容量を大きく左右するので、この様な個別の調整を怠れば、製造される静電容量型圧力センサ９００の可測範囲や測定精度等の出力特性が各製品毎に無視し難いばらつきを持つ結果になる。
【０００９】
しかしながら、半導体ウエハ上に整列された多数の各センサチップ単位に個別に半導体結晶１の厚さＴを測定し、その値に応じて上記の異方性エッチングのマスク寸法を多数の各センサチップ単位に個別に決定することは、極めて効率の悪い作業であり、静電容量型圧力センサを工業的に大量生産する場合には大きな問題となる。また、この様な膜厚の測定を各半導体ウエハ単位で実施するにしても、上記と同様に作業効率が芳しくないことは明らかである。また、この様な膜厚の測定を各半導体ウエハ単位で実施した場合には、１枚の半導体ウエハ上における半導体結晶１の厚さＴのばらつきにより、個々のセンサチップ（静電容量型圧力センサ９００）毎の特性が変動或いは劣化することは言うまでもない。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、静電容量型圧力センサの一部（基板）を成す半導体結晶の厚さＴの各製品毎のばらつきに対して、圧力検出精度や圧力検出特性が影響され難い構造を有する静電容量型圧力センサを実現することである。
また、本発明のその他の目的は、上記の様に優れた高性能で高付加価値の静電容量型圧力センサの生産性を向上させることである。
ただし、上記の個々の目的は、本発明の個々の手段の内の少なくとも何れか１つによって、個々に達成されれば十分なものであって、本願の個々の発明は、上記の全ての課題を同時に解決し得る手段が存在することを必ずしも保証するものではない。
【００１１】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、少なくとも部分的に不純物が添加された半導体結晶の不純物が添加された部分から成る第１電極と他の第２電極とで静電容量が構成された静電容量型圧力センサにおいて、第１電極に対して略垂直な略柱状の微細孔を第１電極に形成することにより、第１電極と第２電極との間の空間内に被測定圧又は測定基準圧を導入する圧力導入孔を設けることである。
【００１２】
第１電極に対して略垂直な略柱状の微細孔を上記の圧力導入孔として形成することができれば、この様な形状は、半導体結晶の異方性に基づいて生成される上記の傾斜角θ０  の様な特定の角度に対する依存性を持ち得ないので、その微細孔（圧力導入孔）の径方向の大きさも、上記の傾斜角θ０  や厚さＴの大小に影響されて変動することがない。この様な静電容量型圧力センサのより具体的な実現形態としては、例えば後述の第１実施例で例示する静電容量型圧力センサ１００等を挙げることができる。
【００１３】
この様な構成に従えば、静電容量型圧力センサの一部（基板）を成す半導体結晶の厚さＴの各製品毎のばらつきに対して、圧力検出精度や圧力検出特性が影響され難い構造を有する静電容量型圧力センサを実現することができる。また、この様な構成に従えば、感応用の静電容量が基板（半導体結晶）の厚さＴに依存しないので、圧力検出精度や圧力検出特性を良好かつ一定に確保するために、個々の半導体チップ単位に基板の厚さＴを測定したり、異方性エッチングのマスク寸法を変更したりする必要が無くなり、静電容量型圧力センサの生産性が向上する。
【００１４】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、第１電極をｐ型の不純物が添加されたｐ型半導体結晶から形成し、第１電極の一部を不純物が相対的に低濃度のｐ型か、無添加か、又はｎ型にすることにより第１電極に局所的に形成された高エッチングレート設定部の少なくとも一部を化学的に選択エッチングすることにより、上記の圧力導入孔を形成することである。
【００１５】
添加物の種類にも依存するが、この様な高エッチングレート設定部は、半導体結晶中の高濃度添加部よりもエッチングレート（浸食速度）を相対的に非常に高く設定できる場合が多い。この様な場合、上記の第１電極付近一帯でも、その部位（高エッチングレート設定部）だけが選択的にエッチングされ易く、その結果上記の圧力導入孔が容易に形成できる。この時の高濃度添加部を形成するためにはｐ型の不純物が望ましく、例えばホウ素（Ｂ）等がそのｐ型の添加物として有用である。
【００１６】
この様な選択エッチングは、例えば上記の塩基性水溶液を用いた湿式エッチング等により実施可能な上記の開口部１ａに対する異方性エッチングと同時に、それと同一の湿式エッチングによって実施することが可能であり、実際同時に実施すれば、生産性の面で非常に都合がよい。したがって、この様な構成に従えば、上記の静電容量型圧力センサの生産性が更に向上する。
【００１７】
この様なエッチングレートの調整方法や、不純物の添加要領や、各層の積層手順や、或いはエッチストップ技法等に関しては、例えば前記の非特許文献１等が参考になる。また、ＩＣウエハや半導体発光素子などの各種の半導体デバイスの製造工程等で用いられるその他の公知或いは任意の半導体形成／加工技術を用いても良い。
【００１８】
また、本発明の第３の手段は、上記の第２の手段において、上記の圧力導入孔の周囲に、上記の高エッチングレート設定部を残存させることである。言い換えれば、上記の圧力導入孔の周囲に、上記の選択エッチングが及ばなかった未処理部として高エッチングレート設定部の一部をそのまま残しておくことである。
【００１９】
第１電極上に形成されるこの様な高エッチングレート設定部は元来導電性が非常に低いため、上記の選択エッチング後に浸食残骸として残るこの高エッチングレート設定部の残存部の大小は、第１電極の面積の大小を本質的には左右しない。即ち、第１電極の内の不純物が高濃度に添加された導電部の面積は、高エッチングレート設定部の残存部の大小に係わらず不変である。このため、上記の高エッチングレート設定部は、圧力導入孔形成時に圧力導入孔の一部としてエッチングされても、或いは圧力導入孔形成後に第１電極上に残ってしまっていても、これらの有無が静電容量型圧力センサの感応用の静電容量の大小を左右することはない。
【００２０】
即ち、圧力導入孔の周囲に配置されるこの様な高エッチングレート設定部は、半導体結晶の厚さＴのばらつきに伴う悪影響（容量変動）を緩和する調整作用を奏する。したがって、上記の構成に従えば、形成される圧力導入孔の径や大きさの大小に係わらず、感応用の静電容量は略一定に確保される。この様な静電容量型圧力センサのより具体的な実現形態としては、例えば後述の第３実施例で例示する静電容量型圧力センサ３００等を挙げることができる。
【００２１】
即ち、この様な構成に従えば、静電容量型圧力センサの一部（基板）を成す半導体結晶の厚さＴの各製品毎のばらつきに対して、圧力検出精度や圧力検出特性が影響され難い構造を有する静電容量型圧力センサを実現することができる。この様な構成は、基板とする半導体結晶の厚さのばらつきが比較的大きいにも係わらず、上記の湿式エッチング（異方性エッチング）に係わるエッチング処理時間を一定に確保したい場合に特に有効であり、その様な場合に、基板とする半導体結晶の厚さが相対的に大きい個体に対して、浸食残骸が残留する上記の構成が自動的に選択される。即ち、この様な構成の静電容量型圧力センサは、半導体結晶の厚さＴのばらつきに伴って確率的に生産される。
【００２２】
この様な構成に従えば、上記の湿式エッチング（異方性エッチング）に係わるエッチング処理時間を半導体結晶の厚さに依存させない形で一定に確保することができるため生産性が向上する。また、感応用の静電容量が基板（半導体結晶）の厚さＴに依存しないので、上記の第１の手段と略同様に、圧力検出精度や圧力検出特性を良好かつ一定に確保するために、個々の半導体チップ単位に基板の厚さＴを測定したり、異方性エッチングのマスク寸法を変更したりする必要が無くなり、静電容量型圧力センサの生産性が向上する。
【００２３】
また、例えば上記の第１電極をｐ型半導体とし、この第１電極や基板（半導体結晶）を前述の塩基性水溶液等を用いて湿式エッチングする場合、上記の高エッチングレート設定部は、第１電極よりも遥かにエッチングレート（浸食速度）が高くなるので、圧力導入孔を形成するためのエッチングに掛かる時間もその分短縮することができる。
【００２４】
また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、第１電極に上記の圧力導入孔を複数設けることである。
例えば図５の様に、圧力導入孔２ａの径をある程度大きくしても、その配置に空間的な偏りがあれば、第１電極２と第２電極５ａとの間の空間ρ内に圧力の偏りが生じ易くなる。この様な偏りは、静電容量型圧力センサの応答性能やダイナミックレンジ等の出力特性を劣化させる。
【００２５】
しかしながら、本発明の第４の手段によれば、この様な空間内の圧力の偏差を生じ難くすることができる。この様な静電容量型圧力センサのより具体的な実現形態としては、例えば後述の第１実施例で例示する静電容量型圧力センサ１００等を挙げることができる。
この様な構成は、特に、第１電極と第２電極との間の空間内に速やかに被測定圧を導入したい場合に、より効果的に作用する。
また、圧力導入孔２ａの数を多くすると、第１電極２と第２電極５ａとの間の空間ρ（圧力導入室）を形成する際に、その部位に位置する犠牲層を短時間にエッチングすることができると言う生産性の面での効果も得られる。
【００２６】
また、第５の手段は、上記の第２又は第３の手段を具現する静電容量型圧力センサの製造工程において、上記の高エッチングレート設定部を第１電極の一部に局所的に形成する高エッチングレート設定部形成工程と、その高エッチングレート設定部の少なくとも一部を化学的に選択エッチングすることにより圧力導入孔を形成する選択エッチング工程とを備えることである。
【００２７】
上記の様な高エッチングレート設定部のエッチングレートは、前述の様に通常、不純物が高濃度に添加された部分（第１電極）よりも遥かに高く設定することができる。したがって、この様な高エッチングレート設定部は、高濃度添加部（第１電極）よりも遥かにエッチングされ易く、よって、化学的に選択エッチングすることができる。
後述の静電容量型圧力センサ１００の圧力導入孔２ａは、この様な高エッチングレート設定部（２′）を全てエッチングすることにより形成されたものである。また、後述の静電容量型圧力センサ３００の圧力導入孔２ａは、この様な高エッチングレート設定部（２′）を部分的にエッチングすることにより形成されたものである。
【００２８】
即ち、この様な製造方法によって、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段を具現する静電容量型圧力センサを容易かつ効率的に製造することができる。勿論、この様な製造方法に従えば、感応用の静電容量が基板（半導体結晶）の厚さＴに依存しないので、上記の第１の手段と略同様に、圧力検出精度や圧力検出特性を良好かつ一定に確保するために、個々の半導体チップ単位に基板の厚さＴを測定したり、異方性エッチングのマスク寸法を変更したりする必要はない。
【００２９】
また、第６の手段は、上記の第５の手段において、半導体結晶の空間が形成される側の面上に、選択エッチングに対して耐性を有する絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程を設けることである。この様な絶縁膜としては、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等が有用であるが、圧力導入孔のエッチング処理に対して耐性を持てばその他の公知又は任意の絶縁膜を用いても良い。
この様な絶縁膜は、圧力導入孔をエッチングする際のストッパ層として機能するので、上記の方法に従えば、圧力導入孔をエッチングする際に同時にダイアフラムがエッチングによって損傷されてしまう恐れが無くなる。
【００３０】
また、第７の手段は、上記の第５又は第６の手段において、半導体結晶の空間が形成される側とは反対側の面から半導体結晶を異方性エッチングする工程を設け、上記の選択エッチング工程を、この異方性エッチングと同一の化学処理によりこの異方性エッチングと同時に実施することである。
これにより、圧力導入孔のエッチング工程を簡素化したり短期化したりすることができるので、高性能で高付加価値の静電容量型圧力センサの生産性を高くすることができる。
【００３１】
また、第８の手段は、上記の第５乃至第７の何れか１つの手段において、上記の選択エッチング工程を湿式エッチング又は電解エッチングにより実施することである。
上記の選択エッチングを湿式エッチングによって実施すれば、上記の選択エッチング工程を非常に簡単に実施することができる。また、電解エッチングを用いた場合には、上記の選択エッチング工程を短時間に実施することができる。
特に、電解エッチングを用いた場合には、更に、次の本発明の第８の手段に基づく作用・効果が得られる場合がある。
【００３２】
即ち、本発明の第９の手段は、少なくとも部分的に不純物が添加された半導体結晶の不純物が添加された部分から成る第１電極と他の第２電極とで静電容量が構成され、この第１電極と第２電極との間の空間内に被測定圧又は測定基準圧を導入する圧力導入孔が第１電極に設けられた静電容量型圧力センサの製造工程において、第１電極を１つの回路構成要素とする電解エッチング用の電圧印加回路を用いて、半導体結晶の上記の空間が形成される側とは反対側の面からこの半導体結晶を電解エッチングする工程を設け、この電圧印加回路上の電流の大小を検出し、この電流又は電流の時間変化が所定量に達した時から、その後のエッチング処理に関する処理時間を制御することである。
【００３３】
上記の電界エッチングによって、基板とする半導体結晶の被浸食部の先端が、第１電極の高濃度添加部に到達した時には、その先端が到達する前に比べて大きな電流が電圧印加回路上に流れる。
例えば、上記の第１電極を不純物が高濃度に添加されたｐ型半導体結晶とした場合、次の２通りの作用が期待できる。
（作用ａ）半導体結晶を予め全体的に低濃度のｎ型にしておく場合
この場合、ダイオードと同様のｐｎ接合に基づく整流作用が得られるため、エッチング溶液が第１電極の高濃度ｐ型半導体結晶の部分に接触するまで電流は殆ど流れない。
（作用ｂ）半導体結晶を予め全体的に低濃度のｐ型にしておく場合
この場合、不純物が低濃度に添加された半導体結晶の電気抵抗が、高濃度添加部（第１電極）の電気抵抗よりも圧倒的に大きいため、エッチング溶液が第１電極の高濃度ｐ型半導体結晶の部分に接触するまでは、接触時以降よりも電流は相対的に小さくなる。
【００３４】
また、これらの作用原理は、添加物の型（ｐ／ｎ）をそれぞれ逆にしても同様に成り立つ。したがって、ｎ型の不純物を高濃度に添加したｎ型半導体から上記の第１電極２を形成した場合にも、この様にしてエッチストップ検知後のエッチング処理に関する処理時間を制御することができる。
【００３５】
以上の作用に基づいて、半導体結晶の被浸食部の先端が第１電極の高濃度添加部に到達した時の値に略一致する様に上記の電流又は電流の時間変化の値（上記の所定量）を設定しておけば、それらが一致した時刻に基づいて、それ以降に形成すべき圧力導入孔に対するエッチング時間を正確に制御することができる。
【００３６】
したがって、この様なエッチング時間の制御によれば、圧力導入孔の大きさを所望の大きさに正確に制御することができる。即ち、この様な方法によっても、高性能で高付加価値の静電容量型圧力センサを容易かつ効率的に製造することができる。また、この様な製造方法に従えば、感応用の静電容量が基板（半導体結晶）の厚さＴに依存しないので、この場合にも勿論、圧力検出精度や圧力検出特性を良好かつ一定に確保するために、個々の半導体チップ単位に基板の厚さＴを測定したり、異方性エッチングのマスク寸法を変更したりする必要はない。
【００３７】
上記の製造方法のより具体的な実現形態としては、例えば後述の第２実施例で例示する静電容量型圧力センサ２００の製造方法等を挙げることができる。ただし、この様な手段は、例えば静電容量型圧力センサ９００等の従来の圧力センサに対しても勿論適応することができ、その様な場合においても上記と同様の作用・効果を得ることができる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図１は、本第１実施例の静電容量型圧力センサ１００の平面図（ａ）とその１断面（Ａ−Ａ′断面）における断面図（ｂ）である。本静電容量型圧力センサ１００の大きさは、２ｍｍ×２ｍｍ×０．３ｍｍ程度であり、ダイアフラムＤは第２電極５ａと窒化シリコン層４とポリシリコン層３から形成されている。
【００３９】
ポリシリコン層５の大部分には、ｐ型不純物（ホウ素）が高濃度に添加されており、それらの一部から第２電極５ａや比較参照用電極５ｂなどがそれぞれ形成されている。第２電極５ａは、配線１１ｃにより電極パッド１０ｃに接続されており、第１電極２と共に感応用の静電容量を構成する。また、比較参照用電極５ｂは、配線１１ａにより電極パッド１０ａに接続されており、第１電極２と共に比較参照用の静電容量を構成する。また、第１電極２は、電極パッド１０ｂにつながっている。
【００４０】
半導体結晶１はシリコンから成り、その裏面１ｂ（シリコンの（１００）面）には、異方性エッチングにより開口部１ａが形成されている。この開口部１ａは略正方形を底面とする略四角錐台形状に形成されている。この略四角錐台の傾斜角θ０  は約５５°である。半導体結晶１の一部に局所的に高濃度にホウ素（Ｂ）を熱拡散させて添加することにより、ｐ型のシリコン結晶から成る第１電極２が形成されている。
【００４１】
図２に、この静電容量型圧力センサ１００の製造工程を断片的に例示する。上記の異方性エッチングは、半導体結晶１の裏面１ｂに成膜された酸化シリコン膜から成るエッチングマスク９０を用い、酸化シリコン層８をストッパ層とした湿式エッチングであり、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や或いはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等の塩基性水溶液を用いて実施する。この様な化学処理（湿式エッチング）により、開口部１ａと同時に第１電極２には圧力導入孔２ａが形成される。
【００４２】
ただし、図２（ａ）の符号２′は、本発明の高エッチングレート設定部を示しており、この部分は不純物低濃度添加又は無添加のためエッチングレートが相対的に非常に高く、よって選択的にエッチングされる。この高エッチングレート設定部２′は、以下の手順で第１電極２に形成する。
まず、半導体結晶１の上面にフォトレジストマスクを所望の平面形状に形成することにより、ホウ素（Ｂ）を高濃度に添加したい部分（第１電極２の高濃度添加部）だけを露出させ、ホウ素イオンを注入した後、フォトレジストマスクを取り除き、図２（ａ）に図示される所定の領域でホウ素が略均一に分散される様に加熱して熱拡散させる。これらの工程により、高濃度添加部（第１電極２）と高エッチングレート設定部２′が形成される。
【００４３】
図２（ｂ）は、高エッチングレート設定部２′が選択的にエッチングされ、かつ、その後のエッチングが上記のストッパ層（酸化シリコン層８）で阻止されたタイミングにおける静電容量型圧力センサ１００の断面構造を示している。高エッチングレート設定部２′の選択エッチングは、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や或いはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等の塩基性水溶液を用いた湿式エッチング等により実施することができ、開口部１ａに対する異方性エッチングと同時に、同様に実施することができる。エッチングマスク９０の中央に形成すべき窓の平面形状は、円形でも正方形でも良い。
【００４４】
図１の絶縁部βは、ポリシリコン層５に局所的に不純物（ホウ素（Ｂ））の無添加部を図１（ａ）の様に略円形等に形成し、図１（ｂ）に示す様に、その無添加部の略中心に溝を形成することにより構成されている。この絶縁部βを円周とする円内に位置していた上記の酸化シリコン層８は、図２（ｂ）に図示される上記のタイミングの後、第１電極２と第２電極５ａとの間の空間ρを形成する際の犠牲層の一部として除去される。即ち、空間ρを形成する際に除去されるこの犠牲層は、より詳しくは、図２からも判る様に、第１電極２の上面上に酸化シリコン層８、窒化シリコン層７、ＰＳＧ層６（フォスフォシリケードガラス）をこの順で順次積層したものから形成され、上記の圧力導入孔２ａを形成した後で、例えばフッ酸等を用いた湿式エッチングにより除去されるものである。
【００４５】
図２（ａ）の高エッチングレート設定部２′を形成する際の水平断面における断面形状は、例えば図１（ａ）の圧力導入孔２ａに例示する様な円形でも、或いは略正方形でも良い。この様な高エッチングレート設定部２′を形成することにより、各圧力導入孔２ａはそれぞれ高いエッチングレートで高速に選択エッチングされる。しかし、第１電極２のその他の高濃度添加部は、ｐ型不純物（ホウ素（Ｂ））の添加濃度によりエッチングレートが高エッチングレート設定部２′の約１％と低く調整されているため、殆どエッチングされない。
【００４６】
この様なエッチングレートの調整方法や、不純物の添加要領や、各層の積層手順や、或いはエッチストップ技法等に関しては、例えば前記の非特許文献１等が参考になる。また、ＩＣウエハや半導体発光素子などの各種の半導体デバイスの製造工程等で用いられるその他の公知或いは任意の半導体形成／加工技術を用いても良い。
【００４７】
例えばこの様にして製造された静電容量型圧力センサ１００においては、シリコン基板１の厚さＴの各製品毎のばらつきに対して、圧力検出精度や圧力検出特性が影響され難い。また、この様な構成に従えば、感応用の静電容量がシリコン基板１の厚さＴに依存しないので、圧力検出精度や圧力検出特性を良好かつ一定に確保するために、個々の半導体チップ単位に基板の厚さＴを測定したり、異方性エッチングのマスク寸法を変更したりする必要が無くなり、静電容量型圧力センサの生産性が向上する。
【００４８】
また、図１に例示する様に圧力導入孔２ａを多数設けることにより、以下の作用・効果を得ることができる。
（１）圧力導入孔２ａを略偏りなく配置できるので、空間ρを形成する犠牲層（酸化シリコン層８、窒化シリコン層７、ＰＳＧ層６）を従来よりも短時間でエッチングすることができる。
（２）圧力測定時に空間ρ内に生成され得る圧力の偏りを効果的に緩和できるので、静電容量型圧力センサの応答性能や測定精度やダイナミックレンジ等を従来よりも良好に確保することが可能又は容易となる。
【００４９】
〔第２実施例〕
本第２実施例では、半導体結晶の一部（開口部１ａや圧力導入孔２ａ）をエッチングする際の特徴的な方法（本発明の第８の手段）について例示する。図３は、本第２実施例における静電容量型圧力センサ２００の製造方法を論理的に説明する回路図である。この断面図は、上記の第１実施例で説明した図２（ｂ）のタイミングと略同じタイミングを示しており、この静電容量型圧力センサ２００は、次の３点を除き、第１実施例で例示した静電容量型圧力センサ１００と同一の構造を有するものである。
【００５０】
（１）静電容量型圧力センサ２００には、圧力導入孔２ａが一つだけ設けられている。
（２）静電容量型圧力センサ２００の開口部１ａの口径は、静電容量型圧力センサ１００の開口部１ａの口径よりも小さい。
（３）静電容量型圧力センサ２００の半導体結晶１は、リン（Ｐ）を添加することにより予め全体的には低添加物濃度のｎ型半導体に成っているが、図２と同様に、ｐ型半導体結晶から構成される第１電極２には、後から高濃度にホウ素（Ｂ）が添加されている。これにより、ダイオードと同様の整流作用を示すｐｎ接合部が構成されている。なお、圧力導入孔２ａが形成される前に存在していた被浸食領域（高エッチングレート設定部２′）は、半導体結晶１と同等の低添加物濃度のｎ型とされていた。
【００５１】
本第２実施例では、これらの空洞（開口部１ａ、圧力導入孔２ａ）を電界エッチングによって形成する手順を示す。
この電解エッチングは、シリコンから成る半導体結晶１に対する異方性エッチングであり、半導体結晶１の裏面１ｂに成膜された酸化シリコン膜から成るエッチングマスク９０を用い、酸化シリコン層８をストッパ層として、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や或いはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等の塩基性水溶液を用いて実施する。エッチングマスク９０の中央に形成すべき窓の平面形状は、円形でも正方形でも良い。
【００５２】
図３に示す様に、上記の電解エッチングに用いる電圧印加回路は、配線９１、９４、直流電源９２、電流計９３、電極９５などから成り、勿論、電極９５はエッチング溶液中に入れられる。静電容量型圧力センサ２００は、図１や図５の電極パッド１０ｂと全く同様に形成された図略の電極パッド（以下、同様に「電極パッド１０ｂ」と呼ぶ。）を有し、配線９１は、静電容量型圧力センサ２００の電極パッド１０ｂに接続されている。電極パッド１０ｂは、第１電極２と接続されているので、この様な配線により、第１電極２と電極９５は、半導体結晶１とエッチング溶液を介して、電解エッチング用の電圧印加回路の正負両電極として対峙している。
【００５３】
本第２実施例では、第１電極２を１つの回路構成要素とする上記の様な電圧印加回路を用いて、半導体結晶１の裏面１ｂから、上記の空洞（開口部１ａ、圧力導入孔２ａ）を形成すべき部位を電解エッチングする。この時、電圧印加回路上の電流を電流計９３で検出し、この電流又は電流の時間変化が所定量に達した時刻から計った所定の時間後に上記の電解エッチングを終了する。
上記の場合、前述の（作用ａ）に基づいた効果が得られる。電流又は電流の時間変化の値（上記の所定量）は、半導体結晶１の被浸食部の先端が第１電極２の高濃度添加部に到達した時の値に略一致する様に設定しておけば良い。
【００５４】
この様にすることにより、半導体結晶１の厚さＴに大きなばらつきがある場合にも、その後も同様に継続すべき圧力導入孔２ａに対するエッチング（上記の電解エッチング）の処理時間を正確に制御することができるので、圧力導入孔２ａの大きさを所望の大きさに正確に制御することができる。
また、以上の作用原理から判る様に、この製造方法が例えば前述の図５の静電容量型圧力センサ９００などの様な従来の圧力センサの製造時にも適用できることは明らかである。
【００５５】
〔第３実施例〕
図４は、本第３実施例における静電容量型圧力センサ３００の製造工程を断片的に例示する断面図である。ただし、本図４では、半導体結晶１よりも上側に位置する部位の構造は、前述の静電容量型圧力センサ１００と全く同等であるので、半導体結晶１よりも上側に位置する部位の構造は、殆ど図示していない。細部の符号についても、図１、図２と全く同等の部位を示している。
【００５６】
ただし、本第３実施例では、半導体に添加するボロン（Ｂ）の濃度を、上記の第２実施例の様に３段階に調整することにより、それらの半導体の各部のエッチングレートを次式（１）の様に設定した。
【数１】
ｖ１＝ｖ０／２．５，
ｖ２＝ｖ０／１００，                                        …（１）
ただし、ｖ０は第１電極２の中央に配置される不純物無添加のシリコン結晶から成る高エッチングレート設定部２′のエッチングレートであり、ｖ１はボロンを添加することによりｐ型半導体と成った半導体結晶１のエッチングレート、ｖ２は半導体結晶１に更に局所的にボロンを高濃度に添加することにより高濃度ｐ型半導体として形成される第１電極２のエッチングレートである。
【００５７】
この様に、添加物濃度を３段階に設定する半導体加工技術として、次の２つの代表的な方法を例示しておく。
（例１）基板を構成する半導体結晶１を低濃度のｐ型に結晶成長させる際に、最後の第１電極２の厚さ分だけをノンドープ層として結晶成長させる。勿論、それよりも先に結晶成長させる部分は、例えばホウ素（Ｂ）等のｐ型の不純物を添加することによりエッチングレートが上記のｖ１と成る様なｐ型に設定しておく。その後、このノンドープ層に対して、前述の第１実施例と同様の手順で、高濃度添加部（第１電極２）を形成する。
【００５８】
（例２）基板を構成する半導体結晶１を低濃度のｐ型に結晶成長させた後、この半導体結晶１の上面に、前述の第１実施例と同様の手順で、高濃度添加部（第１電極２）を形成する。その後、略逆パターンのフォトレジストマスクを用いて、高濃度添加部を形成する際に何も注入されなかった高エッチングレート設定部２′に対して、例えばリン（Ｐ）等のｎ型の不純物を、既に存在しているｐ型の不純物と略同等又は同等以上の濃度で添加する。
【００５９】
この様なエッチングレートの調整方法や、不純物の添加要領や、各層の積層手順や、或いはエッチストップ技法等に関しては、例えば前記の非特許文献１等が参考になる。また、ＩＣウエハや半導体発光素子などの各種の半導体デバイスの製造工程等で用いられるその他の公知或いは任意の半導体形成／加工技術を用いても良い。
【００６０】
本図４に示す様に、静電容量型圧力センサ３００の半導体結晶１に対する異方性エッチングは、上記の他の実施例と同様に、半導体結晶１の裏面１ｂに成膜されたエッチングマスク９０の中央に形成された窓から開始される（図４（ａ））。
更に、被エッチング領域の先端部分が、第１電極２の中央に設けられた高エッチングレート設定部２′に到達すると、この高エッチングレート設定部２′のエッチングレートｖ０は上記の式（１）の様に比較的大きいで、圧力導入孔２ａの被エッチング領域（浸食領域）の先端部分の傘状の傾斜面は、下方における半導体結晶１の被エッチング領域の傘状の傾斜面よりも、斜面が上方にせり上がって、先により速く浸食領域が上昇していく（図４（ｂ））。
【００６１】
その後、圧力導入孔２ａの浸食領域の先端部分がストッパ層（酸化シリコン層８）に十分に達した時点でこのエッチング処理を終了する。この時、例えば、図４（ｃ）に例示される様に、高エッチングレート設定部２′の浸食残骸が第１電極２に、圧力導入孔２ａを周辺から囲む様に残っていても何ら差し支えない。この高エッチングレート設定部２′は、導電性が非常に低いため、圧力導入孔２ａの一部としてエッチングされても、或いは図４（ｃ）の様に圧力導入孔２ａの形成後に第１電極２上に残っていても、静電容量型圧力センサ３００の感応用の静電容量の大小を左右することはない。
【００６２】
即ち、圧力導入孔の周囲に配置されるこの様な高エッチングレート設定部は、半導体結晶の厚さＴのばらつきに伴う悪影響（容量変動）を緩和する調整作用を奏する。
例えば、この様な構成に従えば、静電容量型圧力センサ３００の半導体結晶１の厚さＴの各製品毎のばらつきに対して、圧力検出精度や圧力検出特性が影響され難い構造を有する圧力センサを実現することができる。
【００６３】
また、上記の様に高エッチングレート設定部２′よりも下方に位置する半導体結晶１の部位を若干ｐ型にしておけば、その部分のエッチングレート（ｖ１）は例えば上記の式（１）の様に高エッチングレート設定部２′のエッチングレート（ｖ０）よりも小さくなる。したがって、この作用により、半導体結晶１の裏面１ｂにおける開口部１ａの口径の拡大をある程度抑制することができる。
【００６４】
この様な不純物の添加濃度の操作に基づく作用・効果は、静電容量型圧力センサ３００の構造に対する小型化若しくは頑強化に十分に寄与し得る。また、半導体結晶１全体をｐ型にしておけば、電界エッチングを実施する際にも丁度都合がよい。また、この場合には、前述の（作用ｂ）に基づいた、異方性エッチングのエッチストップのタイミング検知方式が有用となる。
【００６５】
尚、上記の各実施例においては、半導体結晶１としてシリコン結晶を用いたが基板（半導体結晶１）として有用な半導体は、勿論シリコンに限定されない。また、上記の各実施例においては、半導体結晶１をｐ型にするためにホウ素（Ｂ）を用いたが、添加物は任意で良く、また、例えばリン（Ｐ）等のｎ型の添加物を使用しても良い。ｎ型の添加物は、ｎ型の半導体を形成したり、或いは混在型（ｐ型＋ｎ型）の半導体を形成したりする際に有用である。
その他の各部においても、本発明の作用から逸脱しない範囲において、略同等の構成要件を有する公知或いは任意の適当な材料を用いることができる。
【００６６】
また、不純物を添加する方法としては、例えば板状の不純物板（例：ボロン板）を用いる方法なども有用である。この方法では、不純物を熱拡散させる際に、その深さを約１０〜２０μｍ程度と大きく取れるなどのメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わる静電容量型圧力センサ１００の平面図（ａ）とその断面図（ｂ）。
【図２】本発明の第１実施例に係わる静電容量型圧力センサ１００の製造工程を断片的に例示する断面図。
【図３】本発明の第２実施例に係わる静電容量型圧力センサ２００の製造方法を論理的に説明する回路図。
【図４】本発明の第３実施例に係わる静電容量型圧力センサ３００の製造工程を断片的に例示する断面図。
【図５】従来の静電容量型圧力センサ９００の平面図（ａ）とその断面図（ｂ）。
【符号の説明】
１００  …  静電容量型圧力センサ（第１実施例）
２００  …  静電容量型圧力センサ（第２実施例）
３００  …  静電容量型圧力センサ（第３実施例）
１    …  半導体結晶（シリコン）
１ａ  …  開口部
１ｂ  …  半導体結晶１の裏面（シリコンの（１００）面）
２    …  第１電極（半導体結晶１の不純物高濃度添加部）
２′  …  第１電極の高エッチングレート設定部
２ａ  …  第１電極の圧力導入孔
５ａ  …  第２電極
５ｂ  …  比較参照用電極
１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ  …  電極パッド
９０    …  エッチングマスク
Ｄ    …  ダイアフラム
ρ    …  第１電極と第２電極との間の空間
Ｔ    …  半導体結晶１の膜厚
【図１】
2005017007.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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