JP2007292658A - 圧力センサ及びこの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受圧面であるダイヤフラムを可動電極により構成して、構造の簡単化と検出精度の向上を図る。
【解決手段】容量式圧力センサは、ダイヤフラムを構成する可動電極３と、キャビティ４と、固定電極８と、第１、第２の引き出し電極７，９とを有している。可動電極３は、シリコン基板１に埋設された不純物層からなり、ダイヤフラム部分がシリコン基板１の開口部２から露出している。固定電極８は、キャビティ箇所に接合されてキャビティ４を封止する不純物層からなる。第１の引き出し電極７は、シリコン基板１の裏面に形成され、可動電極３と電気的に接続されている。第２の引き出し電極９は、固定電極８の裏面側に形成され、この固定電極８と電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、印加される圧力により電極間の容量が変化する容量式圧力センサとこの製造方法に関するものである。

従来、容量式圧力センサに関する技術としては、例えば、次にような文献等に記載されるものがあった。

特開平１０−３３２５１０号公報

この特許文献１には、埋込不純物領域と第１の表面に該埋込不純物領域に到達する凹部とを有するシリコンウェハと、このシリコンウェハの裏側の第２の表面に形成された第１の電極と、前記凹部開口を塞ぐように接合されたシリコンからなる薄膜部のダイヤフラムと、このダイヤフラム上に形成された第２の電極とを有し、前記凹部が前記ダイヤフラムにより塞がれることによりキャビティ（空隙）が形成された容量式圧力センサ及びこの製造方法が記載されている。

この圧力センサでは、圧力が印加されると、ダイヤフラムが撓み、この撓みにより第１の電極と第２の電極との間の静電容量が変化し、この容量変化を測定することにより印加圧力を測定できる。そして、製造工程において、ガラス台座を陽極接合法によりシリコンウェハに接合する必要がなくなり、圧力センサの耐圧不良の原因になるＮａイオンを発生させることなく、圧力センサを製造できるという利点がある。

陽極接合法は、圧力センサ等のマイクロセンサの実装に多用される接合技術であり、例えば、シリコンを正、耐熱性硝子を負の電極に接続して、１ＫＶ程度の電圧を加えると、約３００〜４００℃の雰囲気温度で接合できる。シリコン側の電子回路が破壊しない温度範囲で強い接合ができること、接合界面に異種材料を必要としないといった利点がある。しかし、接合時に、硝子に含まれているＮａイオンが発生して圧力センサの耐圧不良の原因になるという欠点があり、これを特許文献１の技術が解決している。

しかしながら、従来の特許文献１等に記載された圧力センサでは、受圧面であるダイヤフラムの真上に第２の電極が設けられているため、乾燥した空気等の用途では問題ないが、酸、アルカリ性の雰囲気では第２の電極への配線が腐食したり、あるいは、ダイヤフラムの変位がこの真上に設けられた第２の電極により抑制されて圧力検出の特性に悪影響を及ぼし、信頼性を向上させることが難しいという課題があった。

本発明の圧力センサ及びこの製造方法では、可動電極と、キャビティと、固定電極と、第１、第２の引き出し電極とを有している。

前記可動電極は、受圧面側の第１の表面及びこの裏側の第２の表面を有する半導体基板に埋設され、第１の面及びこの裏側の第２の面のうち前記第１の面が前記第１の表面から露出する不純物層からなる。前記キャビティは、前記第２の表面における前記第２の面側に開口されている。前記固定電極は、接合面側の第３の表面及びこの裏側の第４の表面を有し、前記第３の表面が前記キャビティ箇所に接合されて前記キャビティを封止する不純物層からなる。前記第１の引き出し電極は、前記第２の表面に形成され、前記可動電極に対して電気的に接続されている。更に、前記第２の引き出し電極は、前記第４の表面に形成され、前記固定電極に対して電気的に接続されている。

本発明の他の圧力センサ及びこの製造方法では、可動電極と、第１、第２の接続部と、キャビティと、固定電極と、第１、第２の引き出し電極とを有している。

前記可動電極は、受圧面側の第１の表面及びこの裏側の第２の表面を有する第１の半導体基板に埋設され、第１の面及びこの裏側の第２の面のうち前記第１の面が前記第１の表面から露出する不純物層からなる。前記第１の接続部は、前記第１の半導体基板中に形成され、前記可動電極に対して電気的に接続されて前記第２の表面から露出する不純物領域からなる。前記第２の接続部は、前記第１の半導体基板中に形成され、前記第２の表面から露出する不純物領域からなる。前記キャビティは、前記第２の表面における前記第２の面側に開口されている。

前記固定電極は、接合面側の第３の表面及びこの裏側の第４の表面を有する第２の半導体基板の前記第３の表面側に形成され、前記キャビティ箇所に接合されて前記キャビティを封止すると共に前記第２の接続部に対して電気的に接続された不純物層からなる。前記第１の引き出し電極は、前記第２の表面に形成され、前記第１の接続部に対して電気的に接続されている。更に、前記第２の引き出し電極は、前記第２の表面に形成され、前記第２の接続部に対して電気的に接続されている。

請求項１〜３に係る発明の圧力センサによれば、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。

（ａ） 受圧面であるダイヤフラムを可動電極により構成しているので、構造が簡単になり、圧力検出の特性を向上できる。

（ｂ） 可動電極の第１の引き出し電極と固定電極の第２の引き出し電極との両方が、受圧面とは反対側の半導体基板の第２の表面及び固定電極の第４の表面に設けられているので、多湿、酸性、アルカリ性等の雰囲気に強くできる。これは最も腐食に弱い引き出し電極部分を雰囲気から保護し易いからである。

請求項４、５に係る発明の圧力センサによれば、前記請求項１〜３に係る発明の効果（ａ）と同様の効果があり、更に、次のような効果もある。

可動電極の第１の引き出し電極と固定電極の第２の引き出し電極との両方が、受圧面とは反対側の第１の半導体基板の第２の表面に設けられているので、多湿、酸性、アルカリ性等の雰囲気に強くできる。これは最も腐食に弱い引き出し電極部分を雰囲気から保護し易いからである。

請求項６、７に係る発明の製造方法によれば、次の（ｃ）〜（ｆ）のような効果がある。

（ｃ） 受圧面であるダイヤフラムを構成する可動電極の厚さを、埋め込み不純物層の厚さで制御できるので、所定の厚さの可動電極を精度良く形成できる。

（ｄ） キャビティの厚みの制御がし易い。

（ｅ） ダイヤフラムを構成する可動電極が形成された半導体基板と、固定電極とを接合する際に、加工温度を上げても、ダイヤフラムを構成する可動電極は既に加工された後であるため、不純物濃度のプロファイル（輪郭）の変化も問題にならない。

（ｆ） ダイヤフラムを構成する可動電極が形成された半導体基板と固定電極との接合面は、均一な面にできるので、接合が容易で、接合強度を向上できる。特に、固定電極の第２の引き出し電極をその固定電極側に設けているので、接合面での導通は不要となり、この接合面を均一な面にできる。そのため、接合方法として陽極接合、直接接合等の任意の方法を採用でき、製造が容易になる。

請求項８、９に係る発明の製造方法によれば、前記請求項６、７に係る発明の効果（ｃ）〜（ｆ）とほぼ同様の効果があり、更に次のような効果もある。

第１、第２の引き出し電極が設けられた位置が、第１の半導体基板の第２の表面側にあるので、前記請求項６、７に係る発明よりも加工し易い。

容量式圧力センサの製造方法では、先ず、受圧面側の第１の表面及びこの裏側の第２の表面を有するシリコン基板に埋設された不純物層からなる可動電極の第１の面及びこの裏側の第２の面のうち、前記第１の面側の前記シリコン基板をエッチングして、前記第１の面を前記第１の表面から露出させる。更に、前記第２の表面における前記第２の面側をエッチングにより開口してキャビティを形成する。次に、接合面側の第３の表面及びこの裏側の第４の表面を有する不純物層からなる固定電極の前記第３の表面を、前記キャビティ箇所に接合して前記キャビティを封止する。その後、第１の引き出し電極を前記第２の表面に形成して前記可動電極と電気的に接続すると共に、第２の引き出し電極を前記第４の表面に形成して前記固定電極と電気的に接続する。

（実施例１の圧力センサ）
図１（１）、（２）は、本発明の実施例１を示す容量式圧力センサの模式的な構成図であり、同図（１）は平面図、及び同図（２）は同図（２）中のＩ−ＩＩ線断面図である。

この容量式圧力センサは、受圧面側の第１の表面（例えば、表面）１ａ及びこの裏側の第２の表面（例えば、裏面）１ｂを有する半導体基板（例えば、Ｎ−型シリコン基板）１を備え、このシリコン基板１中に、ダイヤフラムを構成する略円形の可動電極３が埋設されている。可動電極３は、不純物層（例えば、ボロン（Ｂ）等のＰ＋型不純物イオンが拡散されたＰ＋型拡散層）からなり、この第１の面（例えば、表面）３ａ及びこの裏側の第２の面（例えば、裏面）３ｂのうちの表面３ａが、シリコン基板１の表面１ａに形成された開口部２から露出している。シリコン基板１の裏面１ｂにおいて、可動電極３の裏面３ｂ側が開口されてキャビティ４が形成されている。そのため、ダイヤフラムを構成する可動電極３は、圧力が掛かったときはより大きく湾曲するようになっている。

可動電極３には、不純物領域（例えば、Ｐ＋型領域）からなる帯状の接続部５が延設され、この接続部５の端部が、シリコン基板１の裏面１ｂに形成された開口部６から露出している。この露出箇所には、アルミニュウム（Ａｌ）等で第１の引き出し電極７が形成され、接続部５と電気的に接続されている。

キャビティ４は、可動電極３に対向して配置された固定電極８により封止されている。固定電極８は、可動電極３との間で静電容量を生成する電極であり、不純物層（例えば、高濃度にリン（Ｐ）等のＮ＋型不純物イオンが拡散されたシリコン基板）からなり、接合面側の第３の表面（例えば、表面）８ａ及びこの裏側の第４の表面（例えば、裏面）８ｂを有し、その表面８ａがキャビティ箇所に接合されて該キャビティ４を封止している。固定電極８の裏面８ｂには、Ａｌ等の第２の引き出し電極９が電気的に接続されている。

このような構成の圧力センサでは、ダイヤフラムである可動電極３に圧力が印加されると、この可動電極３が凹状に湾曲して固定電極８との距離が変化し、可動電極３及び固定電極８間の静電容量が変化する。この容量変化を測定することにより、印加圧力を検出できる。

（実施例１の圧力センサの製造方法）
図２−１〜図２−７は、図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の模式的な断面図である。図３は、図２−５の製造工程で使用される固定電極用のシリコンウェハを示す模式的な平面図である。

図１の圧力センサは、例えば、図２−１〜図２−７に示す（１）〜（２０）の工程により製造される。

先ず、工程（１）において、Ｎ−型のシリコンウェハ（以下単に「ウェハ」という。）１０の表面及びこの裏面に、絶縁性の保護膜（例えば、酸化膜又は窒化膜）１１，１２をそれぞれ形成する。

工程（２）において、ウェハ１０の表面側の保護膜１１におけるセンサ形成箇所を、フォトリソグラフィ工程によりエッチングして開口部１１ａを形成した後、工程（３）において、開口部１１ａからＰ＋型不純物イオン（例えば、Ｂ等）を打ち込み、ウェハ１０の表面内にＰ＋型拡散層からなるダイヤフラム用の可動電極３を形成する。工程（４）において、エッチング液等で、ウェハ表面の保護膜１１を除去した後、工程（５）において、エピタキシャル成長により、ウェハ表面に、キャビティ高さｈだけ単結晶シリコンを成長させて可動電極３を埋め込む。

工程（６）において、成長させたウェハ表面に絶縁性の保護膜（例えば、酸化膜又は窒化膜）１３を形成する。この後の工程（６−１）の図からウェハ１０を裏返して図示する。工程（７）において、裏返したウェハ裏面の保護膜１３における所定箇所を、フォトリソグラフィ工程によりエッチングして開口部１３ａを形成する。工程（８）において、開口部１３ａからＰ＋型不純物イオン（例えば、Ｂ等）を打ち込み、ウェハ裏面から可動電極３に達する領域に、Ｐ＋型拡散層からなる接続部５を形成する。

工程（９）において、ウェハ裏面に保護膜１３を再度形成して開口部１３ａを塞ぐ。工程（１０）において、フォトリソグラフィ工程のエッチングにより、可動電極形成箇所におけるウェハ表面の保護膜１２に開口部１２ａを形成すると共に、ウェハ裏面の保護膜１３に開口部１３ｂを形成する。

工程（１１）において、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ性エッチング液を用いたウェットエッチング工程により、ウェハ両面の開口部１２ａ，１３ｂ箇所（例えば、結晶軸１００，１１０）を可動電極３に達するまで除去する。これにより、表面側の開口部１２ａ箇所のウェハ１０が斜めの角度で略逆円錐台形にエッチングされ、受圧面側の開口部２が形成されて可動電極３の表面３ａが露出すると共に、裏面側の開口部１３ｂ箇所のウェハ１０が略円錐台形にエッチングされ、キャビティ４用の開口部が形成されて可動電極３の裏面３ｂが露出する。ウェットエッチングの速度は、埋め込んだＰ＋型拡散層からなる可動電極３（例えば、結晶軸１１１）に達すると遅くなるので、ダイヤフラム用の可動電極３の厚さは、埋め込んだＰ＋型拡散層の厚さで決まる。

工程（１２）において、ウェハ両面の保護膜１２，１３をエッチング液等で除去する。工程（１３）において、再度、ウェハ両面に保護膜（例えば、熱酸化膜又は窒化膜）１４，１５をそれぞれ形成した後、工程（１４）において、ウェハ表面の開口部２及びウェハ裏面のキャビティ４用の開口部以外の箇所の保護膜１４，１５をエッチングにより除去する。

工程（１５）において、予め、図３に示すような固定電極形成用のシリコンウェハ（以下単に「ウェハ」という。）２０を用意しておく。ウェハ２０は、全体が高濃度にＮ＋型不純物イオン（例えば、Ｐ等）が拡散され、表面に縦方向及び横方向の多数の溝２１がハーフカット状態で切られて多数の方形の固定電極形成領域２２が形成されている。なお、図２−５の工程（１５）における溝２１の幅は、図面を見易くするために、図３の対応箇所よりも大きく描かれている。このウェハ２０の表面側の固定電極形成領域２２と、ウェハ１０側の裏面のキャビティ用開口部とを重ね合わせ、真空中で接合する。この接合面での導通は不要なので、接合方法としては、加熱による直接接合法又は陽極接合法等の任意の方法を採用できる。

例えば、直接接合法は、シリコン（Ｓｉ）−シリコン（Ｓｉ）接合に適しており、中間材は不要又は二酸化シリコン（Ｓｉ０２）、加熱及び圧力は必要、界面は固相であり、特徴としては、加圧力は低いが、高温（例えば、１０００℃以上）が必要であり、Ｓｉ以外にも金属、セラミックスにも適用可能である（この場合は一般に拡散接合（フュージョンボンディング）といわれる。）。

真空中で固定電極形成領域２２をキャビティ用開口部に接合すると、このキャビティ用開口部が封止されて真空状態のキャビティ４が形成される。キャビティ４内を真空状態にするのは、絶対圧の基準にするためであり、このキャビティ４にリーク（漏れ）がないこと、及び応力が残らないことが、センサ精度上重要となる。次に、工程（１６）において、ウェハ２０の裏面から縦方向及び横方向の溝２１を削り、各固定電極形成領域２２を分離して固定電極８をそれぞれ形成した後、工程（１７）において、固定電極付きウェハ両面に保護膜（例えば、熱酸化膜又は窒化膜）１６，１７をそれぞれ形成する。

工程（１８）において、フォトリソグラフィ工程により、ウェハ１０の裏面側における接続部５の箇所の保護膜１７をエッチングにより除去して開口部６を形成すると共に、固定電極８の裏面側の保護膜１７をエッチングにより除去して開口部１７ａを形成する。ウェハ１０及び固定電極８の裏面全体にＡｌ等の金属膜を形成した後、開口部６，１７ａ以外をエッチングにより除去して、開口部６に引き出し電極７を形成すると共に、開口部１７ａに引き出し電極９を形成する。

工程（１９）において、ウェハ１０における各固定電極間部分１０ａをダイシングにより切断して各シリコン基板１に分離した後、工程（２０）において、保護膜の被着等を行えば、複数の圧力センサが完成する。

（実施例１の効果）
本実施例１の圧力センサによれば、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。

（ａ） 受圧面であるダイヤフラムを可動電極３により構成しているので、構造が簡単になり、圧力検出の特性を向上できる。

（ｂ） 可動電極３の引き出し電極７と固定電極８の引き出し電極９との両方が、受圧面とは反対側のシリコン基板１の裏面及び固定電極８の裏面に設けられているので、多湿、酸性、アルカリ性等の雰囲気に強くできる。これは最も腐食に弱い引き出し電極部分を雰囲気から保護し易いからである。

本実施例１の製造方法によれば、次の（ｃ）〜（ｆ）のような効果がある。

（ｃ） 工程（３）において、受圧面であるダイヤフラムを構成する可動電極３の厚さを、埋め込み不純物の厚さで制御できるので、所定の厚さの可動電極３を精度良く形成できる。

（ｄ） キャビティ４の厚みが、工程（５）におけるエピタキシャル成長の積み上げ距離（キャビティ高さｈ）で決まるので、厚みの制御がし易い。又、エピタキシャル成長において、埋め込み拡散のある場所と無い場所でのＳｉの成長速度によるウェハ１０の段差も、工程（１１）においてキャビティ部分をエッチングにより取り除くので、問題にならない。

（ｅ） 工程（１５）において、ダイヤフラムを構成する可動電極３が形成されたウェハ１０と、所定の間隔で縦横方向に溝切りされたウェハ２０とを接合する際に、加工温度を上げても、ダイヤフラムを構成する可動電極３は既に加工された後であるため、不純物濃度のプロファイルの変化も問題にならない。

（ｆ） 工程（１５）において、ウェハ１０とウェハ２０との接合面は均一な面にできているので、接合が容易で、接合強度を向上できる。特に、固定電極８の引き出し電極９をその固定電極８の裏面側に設けているので、接合面での導通は不要となり、この接合面を均一な面にできる。そのため、接合方法として陽極接合、直接接合等の任意の方法を採用でき、製造が容易になる。

（実施例２の圧力センサ）
図４（１）、（２）は、本発明の実施例２を示す容量式圧力センサの模式的な構成図であり、同図（１）は平面図、及び同図（２）は同図（１）中のＩＩＩ−ＩＶ線断面図である。図４（１）、（２）において、実施例１を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

この容量式圧力センサは、実施例１と同様に、受圧面側の第１の表面（例えば、表面）１ａ及びこの裏側の第２の表面（例えば、裏面）１ｂを有する第１の半導体基板（例えば、Ｎ−型シリコン基板）１を備え、このシリコン基板１中に、ダイヤフラムを構成する略円形の可動電極３が埋設されている。可動電極３は、実施例１と同様に、不純物層（例えば、Ｂ等のＰ＋型不純物イオンが拡散されたＰ＋型拡散層）からなり、この第１の面（例えば、表面）３ａ及びこの裏側の第２の面（例えば、裏面）３ｂのうちの表面３ａが、シリコン基板１の表面１ａに形成された開口部２から露出している。実施例１と同様に、シリコン基板１の裏面１ｂにおいて、可動電極３の裏面３ｂ側が開口されてキャビティ４が形成されている。そのため、ダイヤフラムを構成する可動電極３は、圧力が掛かったときはより大きく湾曲するようになっている。

可動電極３には、実施例１と異なり、不純物領域（例えば、Ｐ＋型領域）からなる帯状の第１の接続部５−１が延設され、更に、可動電極３とは分離した不純物領域（例えば、Ｐ＋型領域）からなる固定電極接続用の第２の接続部５−２が設けられている。第１の接続部５−１の端部は、シリコン基板１の裏面１ｂに形成された開口部６−１から露出し、更に、第２の接続部５−２が、シリコン基板１の裏面１ｂに形成された開口部６−２から露出ている。開口部６−１の露出箇所には、Ａｌ等で第１の引き出し電極７−１が形成されて接続部５−１と電気的に接続され、更に、開口部６−２の露出箇所にも、Ａｌ等で第２の引き出し電極７−２が形成されて接続部５−２と電気的に接続されている。

キャビティ４は、実施例１と異なり、可動電極３に対向して配置された第２の半導体基板（例えば、Ｎ−型シリコン基板）２０Ａ−１により封止されている。シリコン基板２０Ａ−１は、キャビティ４を封止する第３の表面（例えば、表面）２０Ａ−１ａと、この裏側の第４の表面（例えば、裏面）２０Ａ−１ｂとを有し、その表面２０Ａ−１ａ内に固定電極８Ａが形成されている。固定電極８Ａは、可動電極３との間で静電容量を生成する電極であり、不純物層（例えば、高濃度にＰ等のＰ＋型不純物イオンが拡散された拡散層）により形成されている。固定電極８Ａは、シリコン基板１内の接続部５−２と電気的に接続され、この接続部５−２が開口部６−２を介して引き出し電極７−２と電気的に接続されている。

このような構成の圧力センサでは、実施例１と同様に、ダイヤフラムである可動電極３に圧力が印加されると、この可動電極３が凹状に湾曲して固定電極８Ａとの距離が変化し、可動電極３及び固定電極８Ａ間の静電容量が変化する。この容量変化を測定することにより、印加圧力を検出できる。

（実施例２の圧力センサの製造方法）
図５−１〜図５−７は、図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の模式的な断面図であり、実施例１の製造工程を示す図２−１〜図２−７中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

図４の圧力センサは、例えば、図５−１〜図５−７に示す（１）〜（２０）の工程により製造される。

先ず、工程（１）において、Ｎ−型のシリコンウェハ（以下単に「ウェハ」という。）１０の表面及びこの裏面に、絶縁性の保護膜（例えば、酸化膜又は窒化膜）１１，１２をそれぞれ形成する工程から、工程（６−１）までは、実施例１の工程（１）〜（６−１）と同様である。

工程（７）において、裏返したウェハ裏面の保護膜１３における所定箇所を、フォトリソグラフィ工程によりエッチングして開口部１３ａを形成すると共に、この開口部１３ａから離れた位置にも開口部１３ｂを形成する。工程（８）において、開口部１３ａ，１３ｂからＰ＋型不純物イオン（例えば、Ｂ等）を打ち込み、ウェハ裏面から開口部１３ａを介して可動電極３に達する領域にＰ＋型拡散層からなる接続部５−１を形成すると共に、ウェハ裏面から開口部１３ｂを介して所定領域にＰ＋型拡散層からなる接続部５−２を形成する。

工程（９）において、ウェハ裏面に保護膜１３を再度形成して開口部１３ａ，１３ｂを塞ぐ。工程（１０）において、実施例１の工程（１０）と同様に、フォトリソグラフィ工程のエッチングにより、可動電極形成箇所におけるウェハ表面の保護膜１２に開口部１２ａを形成すると共に、ウェハ裏面の保護膜１３に開口部１３ｂを形成する。

工程（１１）において、実施例１の工程（１１）と同様に、ＫＯＨ等のエッチング液を用いたウェットエッチング工程により、ウェハ両面の開口部１２ａ，１３ｂ箇所を可動電極３に達するまで除去する。これにより、受圧面側の開口部２が形成されて可動電極３の表面３ａが露出すると共に、キャビティ４用の開口部が形成されて可動電極３の裏面３ｂが露出する。

工程（１２）において、実施例１の工程（１２）とは異なり、ウェハ表面の保護膜１２のみをエッチングにより除去する。工程（１３）において、再度、ウェハ両面に保護膜（例えば、熱酸化膜又は窒化膜）１４，１３をそれぞれ形成した後、工程（１４）において、実施例１の工程（１４）と異なり、ウェハ表面を保護材でコート（被覆）してウェハ裏面の保護膜１３をフッ酸等のウェットエッチングにより除去する。

工程（１５）において、予め、実施例１とは異なるＮ−型のシリコンウェハ（以下単に「ウェハ」という。）２０Ａを用意しておく。ウェハ２０Ａの表面内には、高濃度にＰ＋型不純物イオン（例えば、Ｐ等）が拡散された固定電極用のＰ＋型拡散層が形成され、このＰ＋型拡散層に対して縦方向及び横方向に多数の溝２１がハーフカット状態で切られて多数の方形の固定電極８Ａが形成され、更に、ウェハ２０Ａの裏面に保護膜（例えば、酸化膜又は窒化膜等）２３が形成されている。なお、図５−５の工程（１５）における溝２１の幅は、図２−５と同様に、図３の対応箇所よりも大きく描かれている。

このようなウェハ２０Ａの表面側の固定電極８Ａと、ウェハ１０側の裏面のキャビティ用開口部及び接続部５−２とを重ね合わせ、真空中で接合する。この接合面では、固定電極８Ａと接続部５−２との導通が必要なので、接合方法としては、加熱による直接接合法が望ましい。真空中で固定電極８Ａをキャビティ用開口部及び接続部５−２に接合すると、キャビティ用開口部が封止されて真空状態のキャビティ４が形成されると共に、固定電極８Ａと接続部５−２とが電気的に接続される。

工程（１６）において、実施例１の工程（１６）とほぼ同様に、ウェハ２０Ａの裏面から縦方向及び横方向の溝２１を削り、各固定電極８Ａを分離したシリコン基板２０Ａ−１をそれぞれ形成した後、工程（１７）において、実施例１の工程（１７）と同様に、固定電極付きウェハ両面に保護膜（例えば、熱酸化膜又は窒化膜）１６，１７をそれぞれ形成する。

工程（１８）において、実施例１の工程（１８）と異なり、フォトリソグラフィ工程により、ウェハ１０の裏面側における接続部５−１，５−２の箇所の保護膜１７をエッチングにより除去して開口部６−１，６−２をそれぞれ形成する。ウェハ１０の裏面にＡｌ等の金属膜を形成した後、開口部６−１，６−２以外をエッチングにより除去して、開口部６−１に引き出し電極７−１を形成すると共に、開口部６−２に引き出し電極７−２を形成する。

工程（１９）において、実施例１の工程（１９）とほぼ同様に、ウェハ１０の各センサ間部分１０ａをダイシングにより切断して各シリコン基板１に分離した後、工程（２０）において、実施例１の工程（２０）と同様に、保護膜の被着等を行えば、複数の圧力センサが完成する。

（実施例２の効果）
本実施例２の圧力センサによれば、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。

（ａ） 実施例１と同様に、受圧面であるダイヤフラムを可動電極３により構成しているので、構造が簡単になり、圧力検出の特性を向上できる。

（ｂ） 実施例１とほぼ同様に、可動電極３の引き出し電極７−１と固定電極８Ａの引き出し電極７−２との両方が、受圧面とは反対側のシリコン基板１の裏面に設けられているので、多湿、酸性、アルカリ性等の雰囲気に強くできる。これは最も腐食に弱い引き出し電極部分を雰囲気から保護し易いからである。

本実施例２の製造方法によれば、次の（ｃ）〜（ｇ）のような効果がある。

（ｃ） 実施例１と同様に、工程（３）において、受圧面であるダイヤフラムを構成する可動電極３の厚さを、埋め込み不純物の厚さで制御できるので、所定の厚さの可動電極３を精度良く形成できる。

（ｄ） 実施例１と同様に、キャビティ４の厚みが、工程（５）におけるエピタキシャル成長の積み上げ距離（キャビティ高さｈ）で決まるので、厚みの制御がし易い。又、エピタキシャル成長において、埋め込み拡散のある場所と無い場所でのＳｉの成長速度によるウェハ１０の段差も、工程（１１）においてキャビティ部分をエッチングにより取り除くので、問題にならない。

（ｅ） 実施例１とほぼ同様に、工程（１５）において、ダイヤフラムを構成する可動電極３が形成されたウェハ１０と、所定の間隔で縦横方向に溝切りされたウェハ２０Ａとを接合する際に、加工温度を上げても、ダイヤフラムを構成する可動電極３は既に加工された後であるため、不純物濃度のプロファイルの変化も問題にならない。

（ｆ） 実施例１とほぼ同様に、工程（１５）において、ウェハ１０とウェハ２０Ａとの接合面は均一な面にできているので、接合が容易で、接合強度を向上できる。特に、固定電極８Ａの引き出し電極７−２をウェハ１０の裏面側に設けているので、引き出し電極７−２と接続部５−２との接合面での導通が必要になる。そのため、接合方法としては、直接接合法が望ましく、これにより製造が容易になる。

（ｇ） 第１、第２の引き出し電極７−１，７−２が設けられた位置が、ウェハ裏面の同じ平面上にあるので、実施例１よりも加工し易い。

（変形例）
本発明は、上記実施例１、２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ｉ）、（ｉｉ）のようなものがある。

（ｉ） 図１、図４の圧力センサの形状や構造等は、他の形状や構造等に変更しても良い。例えば、図４の固定電極８Ａは、図１の固定電極８のように、シリコン基板２０Ａ−１の全体に形成しても良い。

（ｉｉ） 図２−１〜図２−７や図５−１〜図５−７の製造工程において、使用材料、製造方法、製造条件等は、任意に変更が可能である。

本発明の実施例１を示す圧力センサの構成図である。 図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図１の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図２−５の製造工程で使用される固定電極用のシリコンウェハを示す平面図である。 本発明の実施例２を示す圧力センサの構成図である。 図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。 図４の圧力センサの製造方法例を示す製造工程の断面図である。

符号の説明

１，２０Ａ シリコン基板
３ 可動電極
４ キャビティ
５，５−１，５−２ 接続部
７，７−１，７−２，９ 引き出し電極
８，８Ａ 固定電極

Claims (9)

1. 受圧面側の第１の表面及びこの裏側の第２の表面を有する半導体基板に埋設され、第１の面及びこの裏側の第２の面のうち前記第１の面が前記第１の表面から露出する不純物層からなる可動電極と、
   前記第２の表面における前記第２の面側に開口されたキャビティと、
   接合面側の第３の表面及びこの裏側の第４の表面を有し、前記第３の表面が前記キャビティ箇所に接合されて前記キャビティを封止する不純物層からなる固定電極と、
   前記第２の表面に形成され、前記可動電極に対して電気的に接続された第１の引き出し電極と、
   前記第４の表面に形成され、前記固定電極に対して電気的に接続された第２の引き出し電極と、
   を有することを特徴とする圧力センサ。
2. 前記第１の引き出し電極は、不純物領域からなる接続部を介して前記可動電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 前記半導体基板及び前記固定電極は、シリコン基板であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧力センサ。
4. 受圧面側の第１の表面及びこの裏側の第２の表面を有する第１の半導体基板に埋設され、第１の面及びこの裏側の第２の面のうち前記第１の面が前記第１の表面から露出する不純物層からなる可動電極と、
   前記第１の半導体基板中に形成され、前記可動電極に対して電気的に接続されて前記第２の表面から露出する不純物領域からなる第１の接続部と、
   前記第１の半導体基板中に形成され、前記第２の表面から露出する不純物領域からなる第２の接続部と、
   前記第２の表面における前記第２の面側に開口されたキャビティと、
   接合面側の第３の表面及びこの裏側の第４の表面を有する第２の半導体基板の前記第３の表面側に形成され、前記キャビティ箇所に接合されて前記キャビティを封止すると共に前記第２の接続部に対して電気的に接続された不純物層からなる固定電極と、
   前記第２の表面に形成され、前記第１の接続部に対して電気的に接続された第１の引き出し電極と、
   前記第２の表面に形成され、前記第２の接続部に対して電気的に接続された第２の引き出し電極と、
   を有することを特徴とする圧力センサ。
5. 前記第１及び第２の半導体基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項４記載の圧力センサ。
6. 受圧面側の第１の表面及びこの裏側の第２の表面を有する半導体基板に埋設された不純物層からなる可動電極の第１の面及びこの裏側の第２の面のうち、前記第１の面側の前記半導体基板をエッチングして、前記第１の面を前記第１の表面から露出させる工程と、
   前記第２の表面における前記第２の面側をエッチングにより開口してキャビティを形成する工程と、
   接合面側の第３の表面及びこの裏側の第４の表面を有する不純物層からなる固定電極の前記第３の表面を、前記キャビティ箇所に接合して前記キャビティを封止する工程と、
   第１の引き出し電極を前記第２の表面に形成して前記可動電極と電気的に接続すると共に、第２の引き出し電極を前記第４の表面に形成して前記固定電極と電気的に接続する工程と、
   を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
7. 前記半導体基板及び前記固定電極は、シリコン基板であり、前記第３の表面と前記キャビティ箇所とは、加熱による直接接合法又は陽極接合法により接合することを特徴とする請求項６記載の圧力センサの製造方法。
8. 受圧面側の第１の表面及びこの裏側の第２の表面を有する第１の半導体基板に埋設された不純物層からなる可動電極の第１の面及びこの裏側の第２の面のうち、前記第１の面側の前記第１の半導体基板をエッチングして、前記第１の面を前記第１の表面から露出させる工程と、
   前記可動電極に対して電気的に接続された不純物領域からなる第１の接続部を前記第１の半導体基板中に形成して前記第２の表面から露出させると共に、不純物領域からなる第２の接続部を前記第１の半導体基板中に形成して前記第２の表面から露出させる工程と、
   前記第２の表面における前記第２の面側をエッチングにより開口してキャビティを形成する工程と、
   接合面側の第３の表面及びこの裏側の第４の表面を有する第２の半導体基板の前記第３の表面側に形成された不純物層からなる固定電極を、前記キャビティ箇所に接合して、前記キャビティを封止すると共に前記第２の接続部と電気的に接続する工程と、
   第１の引き出し電極を前記第２の表面に形成して前記第１の接続部と電気的に接続すると共に、第２の引き出し電極を前記第２の表面に形成して前記第２の接続部と電気的に接続する工程と、
   を有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
9. 前記第１及び第２の半導体基板は、シリコン基板であり、前記固定電極と前記キャビティ箇所とは、加熱よる直接接合法により接合することを特徴とする請求項８記載の圧力センサの製造方法。

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