(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型の半導体基板（２０）上にｎ型の半導体層（２１）を形成し、この半導体層（２１）に周辺領域と絶縁分離された島領域（２）を形成する工程と、
この工程の後に行われ、前記島領域（２）にｐ型のゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）を形成するとともに、前記周辺領域に前記ゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）に電源電圧を供給するための回路部（３）を形成する工程と、
この工程の後に行われ、前記半導体層（２１）の表面側に、スクライブライン領域から前記島領域（２）に電気化学エッチング用の電圧を供給するための第１の配線（１３ａ、１３ｂ）を形成するとともに、前記島領域（２）の電位を固定するための第２の配線（１５）およびこの第２の配線（１５）に接続されたパッド（１６）を形成する工程と、
この工程の後に行われ、前記第１の配線（１３ａ、１３ｂ）から前記島領域（２）に電圧を印加して電気化学エッチングにより前記半導体基板（２０）の所定領域をエッチングして、前記半導体層（２１）の島領域（２）にダイヤフラム部（２ａ）を形成する工程と、
この工程の後に行われ、前記スクライブライン領域を切断してチップ化する工程と、
この工程の後に行われ、前記パッド（１６）を、前記ゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）の最高電位以上の電位となる電極（１７）にワイヤボンディングする工程とを備えたことを特徴とする半導体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、圧力を検出する半導体圧力センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体圧力センサにおいては、半導体基板に薄肉のダイヤフラム部を形成し、このダイヤフラム部にゲージ拡散抵抗層（歪ゲージ）を形成して、ダイヤフラム部の変位を検出するようにしている。
このような半導体圧力センサにおいて、ダイヤフラム部の膜厚制御を精度よく行うために電気化学エッチングを行うものが種々提案されている。具体的には、ｐ型のシリコン基板上にｎ型のエピタキシャル層を形成してウェハを構成し、ダイヤフラム部を形成する際に、ダイヤフラム部が形成される領域に対応する部分に逆方向電圧を印加した状態で、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの水溶液で異方性エッチングする。その際、ウェハのｐｎ接合に逆バイアスがかかるため、ｐｎ接合部からシリコン基板側に伸びる空乏層が形成され、エッチングの進行によって空乏層がエッチング液にさらされるようになると、基板とエッチング液の電位差によってエッチングが停止する。従って、空乏層によりエッチングの停止位置が規定されるため、ダイヤフラム部を精度よく形成することができる。
【０００３】
この種の半導体圧力センサでは、エピタキシャル層において、ダイヤフラム部が形成された領域（以下、ダイヤフラム領域という）が周辺領域と絶縁分離された島領域となっている。ダイヤフラム領域には複数（例えば４つ）のゲージ拡散抵抗層が形成され、周辺領域には集積回路部が形成されている。複数のゲージ拡散抵抗層はブリッジ結線されてブリッジ回路を構成しており、集積回路部はそのブリッジ回路に電圧を供給して、ダイヤフラム部の変位に応じた電圧信号を出力させる。また、集積回路部からダイヤフラム領域に電位固定用のアルミ配線が形成され、ダイヤフラム領域の電位が固定されるようになっている。
【０００４】
ここで、上記した電気化学エッチングを行う場合、周辺領域に形成された集積回路部から電流がリークすると、エッチングを精度よく停止させることができないため、集積回路部からダイヤフラム領域に至る電位固定用のアルミ配線にダイオードを設けて、上記した集積回路部からリーク電流が流れないようにしている（特開平６−４５６１８号公報の図１３参照）。このように構成した半導体圧力センサの模式的な平面構成を図５に示す。
【０００５】
この図は、ウェハ上に多数形成されたうちの１つの半導体圧力センサのセンサチップ１０１を示すもので、ダイヤフラム領域１０２には、図示しないがブリッジ接続された複数のゲージ拡散抵抗層が形成されている。ダイヤフラム領域１０２の外側の周辺領域には、集積回路部１０３が形成されており、この集積回路部１０３にはパッド１０４から電源電圧が供給されるようになっている。
【０００６】
また、センサチップ１０１の外周部にはスクライブラインに沿って電気化学エッチング用の給電用導体パターン１０５が形成されており、この給電用導体パターン１０５はアルミ配線１０６によってダイヤフラム領域１０２に電気的に接続されている。このアルミ配線１０６とパッド１０４とは、アルミ配線１０８によって接続されている。そして、アルミ配線１０６にはダイオード１０７が設けられ、アルミ配線１０８にはダイオード１０９が設けられている。
【０００７】
このような構成とすることにより、電気化学エッチングを行う場合に、スクライブラインに沿って形成された給電用導体パターン１０５からアルミ配線１０６を介してダイヤフラム領域１０２に電気化学エッチング用の正の電圧が供給される。このとき、アルミ配線１０８からパッド１０４を介して集積回路部１０３に流れる電流はダイオード１０９によって阻止されるため、集積回路部１０３からリーク電流が流れないようにすることができる。
【０００８】
なお、給電用導体パターン１０５は、スクライブラインを切断（ダイシングカット）してチップ化するときに分離される。
また、この半導体圧力センサを動作させる時には、パッド１０４からダイオード１０９を介しアルミ配線１０８によってダイヤフラム領域１０２に電圧が供給される。このことにより、ダイヤフラム領域１０２の電位を固定することができる。また、アルミ配線１０６にダイオード１０７を設けているため、ダイヤフラム領域１０２からアルミ配線１０６を介してチップの端面領域にリーク電流が流れるのを阻止することができる。
【０００９】
ここで、上記した集積回路部１０３は、ゲージ拡散抵抗層によるブリッジ回路に電源供給を行う電源供給回路を有している。この電源供給回路としては、ゲージ拡散抵抗層によるブリッジ回路と電源ラインとの間に抵抗を接続し、この抵抗に流れる電流を一定にしてブリッジ回路に定電流を流す定電流回路を用いたものがある（特公昭６２−５５６２９号公報参照）。この場合、その抵抗での電圧降下分だけゲージ拡散抵抗層の最高電位は電源ラインの電圧（電源電圧）から低下したものとなる。従って、パッド１０４に電源電圧を供給しダイオード１０９を介してダイヤフラム領域１０２の電位を固定したとしても、その電位をゲージ拡散抵抗層の最高電位より高くすることができるため、ゲージ拡散抵抗層から電流がリークしないようにすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集積回路部１０３における電源供給回路としては、上記したもの以外に図４に示すような回路構成のもの、すなわちゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４によるブリッジ回路２００の下側に定電流を流すためのトランジスタ３０１を設け、ブリッジ回路２００の電源側を電源ラインＬに直接接続したものが考えられる。この回路について具体的に説明すると、抵抗３０２、３０３、オペアンプ３０４、可変抵抗３０５、トランンジスタ３０６により定電流回路を構成しており、この定電流回路によってトランンジスタ３０６のコレクタ−エミッタ間に定電流を流し、さらにその電流に比例した電流をトランジスタ３０１のコレクタ−エミッタ間に流して、ブリッジ回路２００に定電流を流すようにしている。この場合、その定電流値は可変抵抗３０５の抵抗値をトリミング等により調整することによって調整可能となっている。
【００１１】
このような構成にした場合、ブリッジ回路２００に印加する電圧を大きくすることができるため、例えば電源として乾電池のようなものを用いた場合でも、出力電圧Ｖ1 、Ｖ2 を大きくすることができる。しかしながら、このような電源供給回路を用いると、ゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４の最高電位が電源電圧Ｖｃｃになる。一方、ダイヤフラム領域１０２の電位は、電源電圧Ｖｃｃからダイオード１０９の順方向電圧降下分だけ低くなっている。このため、ゲージ拡散抵抗層の最高電位の方がダイヤフラム領域１０２の電位より高くなってしまい、ゲージ拡散抵抗層から電流がリークするという問題が生じる。このような電流リークが生じるとセンサの検出感度が低下する。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みたもので、ゲージ拡散抵抗層の最高電位が電源電圧になっても、ゲージ拡散抵抗層からの電流リークが生じないようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、ｐ型の半導体基板（２０）上にｎ型の半導体層（２１）を形成し、この半導体層（２１）に周辺領域と絶縁分離された島領域（２）を形成する工程と、この工程の後に行われ、前記島領域（２）にｐ型のゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）を形成するとともに、前記周辺領域に前記ゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）に電源電圧を供給するための回路部（３）を形成する工程と、この工程の後に行われ、前記半導体層（２１）の表面側に、スクライブライン領域から前記島領域（２）に電気化学エッチング用の電圧を供給するための第１の配線（１３ａ、１３ｂ）を形成するとともに、前記島領域（２）の電位を固定するための第２の配線（１５）およびこの第２の配線（１５）に接続されたパッド（１６）を形成する工程と、この工程の後に行われ、前記第１の配線（１３ａ、１３ｂ）から前記島領域（２）に電圧を印加して電気化学エッチングにより前記半導体基板（２０）の所定領域をエッチングして、前記半導体層（２１）の島領域（２）にダイヤフラム部（２ａ）を形成する工程と、この工程の後に行われ、前記スクライブライン領域を切断してチップ化する工程と、この工程の後に行われ、前記パッド（１６）を、前記ゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）の最高電位以上の電位となる電極（１７）にワイヤボンディングする工程とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、電気化学エッチング時には、パッド（１６）と回路（３）との間が電気的に接続されていないため、電気化学エッチングを行う時の電圧によって回路部（３）から電流がリークするのを防止することができ、また電気化学エッチング後にパッド（１６）をゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）の最高電位以上の電位となる電極（１７）にワイヤボンディングしているため、半導体圧力センサの動作時に回路部（３）からの電源電圧の供給によってゲージ拡散抵抗層の最高電位が電源電圧になったとしても、ゲージ拡散抵抗層（２０１〜２０４）からの電流リークをなくすことができる。
【００１７】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図１に本発明の一実施形態にかかる半導体圧力センサの平面構成を示す。
センサチップ１において、ダイヤフラム領域２内には、４つのゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４が形成されており、図示しない配線によりそれらが図４に示すようにブリッジ接続されてブリッジ回路２００を構成している。なお、ダイヤフラム領域２内に示す点線の部分は薄肉のダイヤフラム部２ａを示している。
【００１９】
ダイヤフラム領域２の外側の周辺領域には、集積回路部３およびパッド４〜７が形成されている。パッド４〜７はアルミ配線８〜１１によって集積回路部３に電気的に接続されている。また、パッド４はアルミ配線１２によってゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４に電気的に接続されている。
集積回路部３には、図４に示す電源供給回路（回路素子３０１〜３０６にて構成されるもの）が形成されており、図示しないアルミ配線によってブリッジ回路２００に定電流を供給する。
【００２０】
また、センサチップ１の端部からダイヤフラム領域２にかけてアルミ配線１３ａ、１３ｂが形成されており、それらの間にはｐｎ接合によって構成されるダイオード（ダイオード手段）１４が接続されている。アルミ配線１３ａは、ダイシングカット前にスクライブラインに沿って形成された給電用導体パターン（図５に示す給電用導体パターン５に相当）に接続されており、電気化学エッチング時にアルミ配線１３ａ、ダイオード１４、アルミ配線１３ｂを介してダイヤフラム領域２に正の電圧が印加できるようになっている。
【００２１】
また、アルミ配線１３ｂにはアルミ配線１５が接続され、このアルミ配線１５はパッド１６に接続されている。このパッド１６はダイヤフラム領域２の電位を固定するために設けられている。
なお、パッド４およびパッド１６は、電源電圧（Ｖｃｃ）用のターミナル１７にワイヤボンディングされ、パッド９は接地（ＧＮＤ）用のターミナル１８にワイヤボンディングされ、パッド６、７は信号（Ｖ1 、Ｖ2 ）出力用のターミナル１９、２０にそれぞれワイヤボンディングされている。これらのワイヤボンディングは、センサチップ１を図示しないケースに組付けた後に行われる。
【００２２】
次に、上記した半導体圧力センサの製造方法の概要を図２、図３に示す断面構成図を用いて説明する。
まず、図２に示すように、ｐ- 単結晶シリコン基板２０上に、ｐ+ 埋め込み層２２およびｎ- エピタキシャル層２１が形成されたウェハを用意する。そして、エピタキシャル層２１にｐ+ 拡散層２３を形成して、ダイヤフラム領域２と周辺領域とを絶縁分離する。
【００２３】
この後、ダイヤフラム領域２に、ゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４となるｐ+ 拡散抵抗層２４、およびオーミックコンタクト用のｎ+ 拡散層２５を形成する。また、エピタキシャル層２１における周辺領域に図４に示す集積回路部３を形成するとともにダイオード１４を形成する。
そして、エピタキシャル層２１上に絶縁層（ＳｉＯ2 層）２６を形成し、その上にアルミ配線１３ｂと、ｐ+ 拡散層２３を低電位に固定するためのアルミ配線２７（図１には図示せず）を形成するとともに、周辺領域においてチップ領域とスクライブライン領域にわたってアルミ配線１３ａを形成する。このとき、図１に示すパッド４〜７、１６およびアルミ配線８〜１１、１５も同時に形成する。この後、表面にパッシベーション膜２８を形成し、パッド部等に対して穴開けを行う。
【００２４】
この後、シリコン基板２０の裏面に窒化膜等により所定領域が開口したマスクを形成し、電気化学エッチングによりシリコン基板２０の所定領域をエッチングしてダイヤフラム部２ａを形成する。この場合、ＫＯＨ水溶液に負の電圧を印加し、またアルミ配線１３ａに正の電圧を印加しアルミ配線１３ａからダイオード１４、アルミ配線１３ｂ、拡散層２５を通してエピタキシャル層２１に正の電圧が印加されるようにする。このようにしてダイヤフラム部２ａを形成した後、スクライブライン上を切断（ダイシングカット）してチップ化する。
【００２５】
そして、このチップ化された半導体圧力センサをケースに組付けた後、パッド４およびパッド１６を電源電圧用のターミナル１７にワイヤボンディングし、パッド９を接地用のターミナル１８にワイヤボンディングし、パッド６、７を信号出力用のターミナル１９、２０にそれぞれワイヤボンディングする。
上記した実施形態によれば、パッド４とアルミ配線１３ｂとの間に図５に示すようなアルミ配線１０８が形成されていないため、アルミ配線１３ｂに電気化学エッチング用の電圧が供給されていても、それにより集積回路部３からリーク電流が生じることはない。
【００２６】
また、パッド１６が電源電圧用のターミナル１７にワイヤボンディングで電気的に接続されているため、半導体圧力センサの動作時には、パッド１６からアルミ配線１５を介してダイヤフラム領域２の電位が電源電圧Ｖｃｃに固定される。従って、図４に示す回路によってゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４に電源供給を行ったとき、ゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４の最高電位が電源電圧Ｖｃｃになったとしても、ダイヤフラム領域２の固定電位より高くなることはないため、ゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４から電流リークが生じることはない。
【００２７】
また、アルミ配線１３ａとアルミ配線１３ａの間にダイオード１４が接続されているため、半導体圧力センサの動作時に、ダイヤフラム領域２からアルミ配線１３ａを介してチップの端面領域にリーク電流が流れるのが阻止される。
なお、上記した実施形態においては、パッド１６を電源電圧用のターミナル１７にワイヤボンディングするものを示したが、パッド１６をパッド４にワイヤボンディングするようにしてもよい。
【００２８】
また、スクライブラインに沿って形成された給電用導体パターンと接続されるアルミ配線１３ａおよびダイオード１４は、図１に示すパターンで形成されるものに限らず、例えば、パッド１６からアルミ配線１５と反対側に延びるようにアルミ配線を形成して給電用導体パターンに接続し、チップ領域内においてそのアルミ配線とパッド１６との間に、カソードがパッド１６側になるようにダイオードを形成するようにしてもよい。
【００２９】
また、半導体圧力センサの動作時に、ダイヤフラム領域２からチップの端面領域にリーク電流が流れるのを阻止できる構造になっていれば、そのリーク電流を阻止するためのダイオード１４をなくすようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体圧力センサの平面構成を示す図である。
【図２】図１中の半導体圧力センサの製造方法の説明に供する断面構成図である。
【図３】図２に続く工程によって形成される半導体圧力センサ断面構成図である。
【図４】ゲージ拡散抵抗層２０１〜２０４による構成されるブリッジ回路２００に電源供給を行う回路を示す図である。
【図５】従来の半導体圧力センサの平面構成を示す図である。
【符号の説明】
１…センサチップ、２…ダイヤフラム領域、２ａ…ダイヤフラム部、
３…集積回路部、４〜７、１６…パッド、
８〜１２、１３ａ、１３ｂ、１５…アルミ配線、
１４…ダイオード、１７〜２０…ターミナル。
【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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