(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン基板（１１）の一方の面に凹部（１３）を形成し、
前記第１のシリコン基板（１１）の前記一方の面において前記凹部（１３）を埋めるように全面にＳｉＯ2からなる酸化膜（１４）を形成し、
前記第１のシリコン基板（１１）の前記酸化膜（１４）が形成された面と第２のシリコン基板（１５）の一方の面を貼り合わせ、
この貼り合わせ後、前記第１のシリコン基板（１１）の他方の面側を研磨し、
前記第２のシリコン基板（１５）の他方の面から前記第２のシリコン基板（１５）を貫通して前記凹部（１３）内の酸化膜（１４）に達する貫通穴（２０）を形成し、
前記貫通穴（２０）から前記凹部（１３）内の酸化膜（１４）を除去し、前記第１のシリコン基板（１１）と前記第２のシリコン基板（１５）の間に前記酸化膜（１４）が一部残るようにすることを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
【請求項２】
前記貫通穴（２０）を形成する工程は、前記第２のシリコン基板（１５）の他方の面から異方性エッチングを行って前記凹部（１３）内の酸化膜（１４）に達する貫通穴（２０）を形成する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項３】
第１のシリコン基板（１１）の一方の面に凹部（１３）を形成し、
前記第１のシリコン基板（１１）の前記一方の面において前記凹部（１３）を埋めるように全面にＳｉＯ2からなる酸化膜（１４）を形成し、
前記第１のシリコン基板（１１）の前記酸化膜（１４）が形成された面と第２のシリコン基板（１５）の一方の面を貼り合わせ、
この貼り合わせ後、前記第１のシリコン基板（１１）の他方の面側を研磨し、
前記第１のシリコン基板（１１）の他方の面から前記第１のシリコン基板（１１）を貫通して前記第１のシリコン基板（１１）と前記第２のシリコン基板（１５）の間に形成された酸化膜（１４）に達する貫通穴（２１）を形成し、
前記貫通穴（２１）から前記凹部（１３）内の酸化膜（１４）を除去し、前記第１のシリコン基板（１１）と前記第２のシリコン基板（１５）の間に前記酸化膜（１４）が一部残るようにした後、前記貫通穴（２１）を封止材（２２）により封止する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】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、半導体圧力センサにおいては、半導体基板をエッチング技術等により薄く形成してダイヤフラムを形成し、そのダイヤフラムが形成された領域にピエゾ抵抗素子を配置して、圧力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、小型化を図る場合、センサの感度がダイヤフラム厚の２乗に比例するので、ダイヤフラムをできるだけ薄くする必要がある。この場合、半導体基板の裏面側からエッチングを行って薄膜化するだけでは、加工精度上の問題から膜厚制御が難しいという問題がある。
【０００３】
これに対し、特開平４−１８１１３６号公報に示されるものにおいては、２つの単結晶のシリコン基板を貼り合わせて、ダイヤフラムを薄膜化したものが開示されている。具体的には、第１のシリコン基板に凹部を形成するとともにその表面に酸化膜を形成し、その後に凹部内に多結晶シリコンを埋設し、この後、第１のシリコン基板の凹部が形成された面と第２のシリコン基板の一方の面とを貼り合わせる。そして、第１のシリコン基板を研磨して凹部上を薄膜化し、第１のシリコン基板の表面から凹部に貫通するエッチング穴を形成して、凹部内の多結晶シリコンを除去するとともに、凹部内の酸化膜を除去し、最後にエッチング穴を封止して、凹部上の第１のシリコン基板をダイヤフラムとする圧力センサを構成する。このように、第１のシリコン基板を研磨して凹部上を薄膜化することによって、ダイヤフラムの膜厚を精度よく制御することができる。
【０００４】
しかしながら、このものでは、凹部内に酸化膜を形成するとともに多結晶シリコンで埋設し、基板貼り合わせ後において、凹部内の多結晶シリコンおよび酸化膜を除去しており、工程が複雑になるという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みたもので、製造工程を複雑にすることなく、精度よくダイヤフラムを薄膜化できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【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、第１のシリコン基板（１１）の一方の面に凹部（１３）を形成し、凹部（１３）を埋めるように第１のシリコン基板（１１）の一方の面の全面にＳｉＯ2からなる酸化膜（１４）を形成し、第１のシリコン基板（１１）と第２のシリコン基板（１５）を貼り合わせ、この後、第１のシリコン基板（１１）の他方の面側を研磨し、第２のシリコン基板（１５）の他方の面から凹部（１３）内の酸化膜（１４）に達する貫通穴（２０）を形成し、貫通穴（２０）から凹部（１３）内の酸化膜（１４）を除去し、第１のシリコン基板（１１）と第２のシリコン基板（１５）の間に酸化膜（１４）が一部残るようにするようにしたことを特徴としている。
【０００６】
このように第１のシリコン基板（１１）と第２のシリコン基板（１５）を貼り合わせた後、第１のシリコン基板（１１）の他方の面側を研磨することによって、凹部（１３）上の第１のシリコン基板（１１）をダイヤフラム（１１ａ）として精度よく薄膜化することができる。また、第２のシリコン基板（１５）に形成された貫通穴（２０）を介して凹部（１３）に埋め込まれた酸化膜（１４）を除去するようにしているから、従来のような多結晶シリコンの埋設工程および凹部内の酸化膜の形成およびその除去工程が不要になり、製造工程を簡素化することができる。
【０００７】
なお、上記した貫通穴（２０）を形成する場合、請求項２に記載の発明のように、第２のシリコン基板（１５）の他方の面から異方性エッチングを行って貫通穴（２０）を形成するようにすれば、酸化膜（１４）をエッチングストッパとしてエッチングを行うことができる。また、請求項３に記載の発明においては、第１のシリコン基板（１１）の一方の面に凹部（１３）を形成し、凹部（１３）を埋めるように第１のシリコン基板（１１）の一方の面の全面にＳｉＯ2からなる酸化膜（１４）を形成し、第１のシリコン基板（１１）と第２のシリコン基板（１５）を貼り合わせ、この後、第１のシリコン基板（１１）の他方の面側を研磨し、第１のシリコン基板（１１）の他方の面から第１のシリコン基板（１１）と第２のシリコン基板（１５）の間に形成された酸化膜（１４）に達する貫通穴（２１）を形成し、貫通穴（２１）から凹部（１３）内の酸化膜（１４）を除去し、第１のシリコン基板（１１）と第２のシリコン基板（１５）の間に酸化膜（１４）が一部残るようにした後、貫通穴（２１）を封止材（２２）により封止するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
この発明においては、凹部（１３）内を基準圧力室とした半導体圧力センサを製造することができ、この場合、請求項１に記載の発明と同様、精度よくダイヤフラム（１１ａ）を薄膜化することができるとともに、製造工程を簡素化することができる。
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。
【０００９】
【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断面構成を示す。この半導体圧力センサは、単結晶の第１、第２のシリコン基板１１、１５が酸化膜１４を介して貼り合わされて構成されている。第１のシリコン基板１１には、凹部１３が形成されており、第１のシリコン基板１１における凹部１３の上の領域が薄膜化されてダイヤフラム１１ａとなっている。また、第２のシリコン基板１５には、凹部１３に貫通する圧力導入孔２０が形成されている。
【００１０】
また、第１のシリコン基板１１において、ダイヤフラム１１ａが形成されている領域（以下、ダイヤフラム領域という）には、拡散抵抗によるピエゾ抵抗素子をなす歪ゲージ１６が形成されている。この歪ゲージ１６は、ダイヤフラム領域に例えば４箇所形成され、Ａｌ配線１８によってブリッジ回路を構成するように結線されている。
【００１１】
このような構成により、圧力導入孔２０から凹部１３内に圧力が導入されて、ダイヤフラム１１ａがその圧力に応じて変位すると、歪ゲージ１６の抵抗値が変化し、ダイヤフラム１１ａの変位に応じた電気信号が、歪ゲージ１６により構成されるブリッジ回路から出力される。
この実施形態における半導体圧力センサは、凹部１３上のダイヤフラム１１ａが、後述する製造方法に示すように研磨によって薄膜化されているため、感度が良好でかつ小型のセンサとすることができる。また、圧力導入孔２０が凹部１３に貫通する貫通穴として形成されており、圧力導入孔２０の開口部の幅Ｗがダイヤフラム１１ａの幅より小さくなっている。このため、小型の半導体圧力センサであっても第２のシリコン基板１５の裏面側の面積を大きくすることができ、第２のシリコン基板１５の裏面側を台座もしくはケースに接合する場合の接合面積を大きくとることができる。例えば、シリコーン系接着剤等の接着剤によりケースに直接接合する場合には、接着面積を大きくとることができ、その接着の信頼性を十分確保することができる。
【００１２】
次に、上記した半導体圧力センサの製造方法を、図２に示す工程図を参照して説明する。
〔図２（ａ）の工程〕
第１の単結晶シリコン基板１１を用意し、この第１のシリコン基板１１の一方の面にレジスト１２を所定のパターンで形成する。
〔図２（ｂ）の工程〕
レジスト１２をマスクとして第１のシリコン基板１１の一方の面をトレンチ加工し、溝（凹部）１３を形成する。この凹部１３は、半導体圧力センサのダイヤフラムとなる領域に形成される。
〔図２（ｃ）の工程〕
第１のシリコン基板１１の一方の面においてＣＶＤ法で全面に酸化膜（ＳｉＯ2 ）１４を堆積させる。この後、酸化膜１４の表面を平坦化する。この状態において、第１のシリコン基板１１の一方の面には、凹部１３を埋めるように全面に酸化膜１４が形成される。
〔図２（ｄ）の工程〕
第１のシリコン基板１１の酸化膜１４が形成された面と、第２の単結晶シリコン基板１５の一方の面を貼り合わせる。
〔図３（ａ）の工程〕
第１のシリコン基板１１の他方の面側を研磨し、凹部１３の上の第１のシリコン基板１１の膜厚が所望のダイヤフラム厚になるようにする。具体的には、１０μｍ以下、好ましくは２μｍ程度にする。
〔図３（ｂ）の工程〕
第１のシリコン基板１１の表面にゲージ抵抗１６を形成し、絶縁膜（酸化膜）１７を形成した後、絶縁膜１７にスルーホールを形成する。そして、ゲージ抵抗１６を電気接続してブリッジ回路を形成するためにＡｌ配線１８を形成する。また、図示しないが、全面に保護膜（パッシベーション膜）を形成する。
【００１３】
さらに、第２のシリコン基板１５の裏面に酸化膜（又は窒化膜）１９を形成する。
〔図３（ｃ）の工程〕
第２のシリコン基板１５の裏面に形成された酸化膜（又は窒化膜）１９を所定のパターンに形成した後、第２のシリコン基板１５の他方の面から異方性エッチングを行い、第２のシリコン基板１５を貫通して凹部１３内の酸化膜１４に達する圧力導入孔２０を形成する。この場合、異方性エッチング液としては、ＫＯＨあるいはＴＭＡＨを用い、凹部１３内の酸化膜１４をエッチングストッパとしてエッチングを行う。
【００１４】
また、酸化膜（又は窒化膜）１９の開口部パターンを適当に設定することによって、圧力導入孔２０の開口部の幅Ｗをダイヤフラム１１ａの幅より小さくすることができる。
なお、第２のシリコン基板１５として面方位が（１００）のものを用いれば、テーパ面が（１１１）となり、制御性よく圧力導入孔２０を形成することができる。また、第２のシリコン基板１５としては面方位が（１１０）のものを用いてもよい。
〔図３（ｄ）の工程〕
第２のシリコン基板１５の裏面に形成された酸化膜（又は窒化膜）１９を除去し、この後、第２のシリコン基板１５の裏面から圧力導入孔２０を介しＨＦ等のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、凹部１３内に埋め込まれた酸化膜１４を除去する。なお、ウェットエッチングの代わりに、ドライエッチングを用いて行うようにしてもよい。
【００１５】
このようにして図１に示す半導体圧力センサを構成することができる。
上記した実施形態においては、第２のシリコン基板１５に圧力導入孔２０を形成してダイヤフラム１１ａの上面と下面にかかる圧力の相対圧を検出するものを示したが、凹部１３内を基準圧力室として絶対圧を検出するようにすることもできる。この場合の半導体圧力センサの製造方法について説明する。
【００１６】
図４に、その製造工程を示す。まず、上記した実施形態における図３（ａ）までの工程によって、第１、第２のシリコン基板１１、１５を貼り合わせ、第１のシリコン基板１１を研磨する。この状態を図４（ａ）に示す。そして、図４（ｂ）の工程において、図３（ｂ）の工程と同様に、ゲージ抵抗１６、絶縁膜１７、Ａｌ配線１８などを形成する。但し、上記した実施形態のような酸化膜（又は窒化膜）１９は形成しない。
【００１７】
そして、図４（ｃ）の工程において、第１のシリコン基板１１の表面からトレンチ等のエッチングを行い、第１のシリコン基板１１を貫通して酸化膜（第１のシリコン基板１１と第２のシリコン基板１５の間に形成された酸化膜）１４に達する貫通穴２１を形成する。この場合、ダイフラム領域の周囲の複数箇所に貫通穴２１を形成する。この後、第１のシリコン基板１１の表面から貫通穴２１を介しＨＦ等のエッチング液を用いたウェットエッチングにより、凹部１３内に埋め込まれた酸化膜１４を除去する。
【００１８】
この後、図４（ｄ）の工程において、貫通穴２１を封止材２２によって封止して、凹部１３内を基準圧力室とした半導体圧力センサを構成する。
【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断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【図３】図２に続く工程図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１１…第１のシリコン基板、１１ａ…ダイヤフラム、１３…凹部、
１４…酸化膜、１５…第２のシリコン基板、１６…歪ゲージ、
２０…圧力導入孔、２１…貫通穴、２２…封止材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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