JP5436404B2 - 半導体圧力センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体圧力センサ及びその製造方法に関し、特に、ポリシリコンゲージ抵抗を備える半導体圧力センサ及びその製造方法に関するものである。

圧力センサの一形態として、半導体基板を利用した半導体圧力センサが存在している。この半導体圧力センサでは、印加された圧力に応じて抵抗が変化するゲージ抵抗となる拡散抵抗が、シリコン基板の表面上に複数形成されており、この拡散抵抗が抵抗値の低い拡散配線によってブリッジ結線されている。ゲージ抵抗は、例えば、矩形状のダイヤフラム（薄膜）の４辺のそれぞれの部分に配置される。一方、シリコン基板において、ゲージが配置される領域の反対側の面には、ダイヤフラムを形成するための凹部が形成される。特許文献１には、この種の半導体圧力センサが開示されている。

特開平３−６８２４号公報

従来の半導体圧力センサにおいては、シリコン基板を所定の厚みにまで研磨した後、さらに所定のエッチングマスクを介してシリコン基板の裏面にエッチングを施すことによって、上述の凹部、つまりダイヤフラムが形成される。

このような製造方法では、凹部下のシリコン基板の厚みが、エッチングの時間によって制御されることから、ダイヤフラムの厚みがばらつきやすいという問題があった。また、ダイヤフラムの厚みを薄くしようとしても、シリコン基板の研磨量とエッチング量のシリコン基板面内におけるばらつき量を考慮すると、その厚みは１０μｍ程度が限界であった。また、シリコン基板のエッチングのばらつきにより、ゲージ抵抗に対して凹部の位置がずれてしまうことから高精度に小型化することが困難であった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体圧力センサの小型化に伴う性能のばらつきを抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体圧力センサの製造方法は、（ａ）半導体基板上に複数の第１開口を有する第１絶縁膜を形成する工程と、（ｂ）前記第１絶縁膜上に、当該第１絶縁膜の前記複数の第１開口内において前記半導体基板と接する犠牲層を形成する工程とを備える。そして、（ｃ）ポリシリコンダイヤフラムと、当該ポリシリコンダイヤフラムの下方の真空室となるべき空間側に形成されたポリシリコンゲージ抵抗と、これらを内包し、前記犠牲層と接するエッチング液導入孔を有する絶縁膜群とを含む積層構造を、前記犠牲層上に形成する工程を備える。そして、（ｄ）エッチング液を前記エッチング液導入孔に通じて、前記犠牲層をエッチングすることにより前記積層構造を前記真空室上で機能するダイヤフラム体として形成するとともに、前記半導体基板における前記第１絶縁膜の前記第１開口下の表面をエッチングすることにより前記真空室となるべき前記空間と、当該空間中に配置され、前記ダイヤフラム体の中央付近に向かって突出するダイヤフラムストッパーとを形成する工程を備える。

本発明によれば、高精度に膜厚、形状及び位置合わせを制御することが可能な積層構造からダイヤフラム体を形成する。したがって、半導体圧力センサの小型化に伴う性能のばらつきを抑制することができる。また、ダイヤフラムストッパーが、ダイヤフラム体において歪み易い中央付近を支持するように突出していることから、ダイヤフラム体の破壊を防止することができ、ダイヤフラム体の薄膜化、小型化が期待できる。また、ポリシリコンゲージ抵抗は、ポリシリコンダイヤフラムの下方の真空室側に配置されていることから、外部環境の影響を受けにくくなる。よって、信頼性の高い半導体圧力センサを得ることができる。また、エッチングにより、ダイヤフラム体での空間が犠牲層に隣接して形成されていく。したがって、エッチング液等の流れを良くすることができることから、エッチング等の工程にかかる時間を短縮することができ、半導体圧力センサの製造時間を短縮することができる。

実施の形態１に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態１に係る半導体圧力センサを示すＡ−Ａ線での断面図である。 実施の形態１に係る半導体圧力センサの回路構成を示す図である。 実施の形態１に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体圧力センサのポリシリコン膜の厚みを説明するための図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサを示すＡ−Ａ線での断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサを示すＢ−Ｂ線での断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサを示すＣ−Ｃ線での断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサを示すＤ−Ｄ線での断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサを示すＥ−Ｅ線での断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態３に係る半導体圧力センサを示すＡ−Ａ線での断面図である。 実施の形態３に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態４に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態５に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態５に係る半導体圧力センサを示すＡ−Ａ線での断面図である。 実施の形態５に係る半導体圧力センサを示すＢ−Ｂ線での断面図である。 実施の形態５に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態５に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサを示す平面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサを示すＡ−Ａ線での断面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサを示すＢ−Ｂ線での断面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサを示すＣ−Ｃ線での断面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサの製造工程を示す断面図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサの動作を示す図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサの動作を示す図である。 実施の形態６に係る半導体圧力センサの動作を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体圧力センサを示す平面図であり、図２は、図１に示されたＡ−Ａ線における断面図である。

本実施の形態に係る半導体圧力センサは、複数（ここでは４つ）の凹部１ａが表面に形成された半導体基板であるシリコン基板１と、シリコン基板１上に形成され複数の第１開口２ａを有する第１絶縁膜２と、積層構造からなるダイヤフラム体１１と、第１金属層２１（図１においては細い破線）と、第２金属層２２（図１においては太い破線）と、ガラスコート２３（図１においては細い一点鎖線）とを備える。

ダイヤフラム体１１は、ポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂと、これらの上側に形成されたポリシリコンダイヤフラム６と、これらを内包する第２絶縁膜３、第３絶縁膜５及び第４絶縁膜７とからなる絶縁膜群とを含んでいる。ダイヤフラム体１１は、凹部１ａ上の空間１３を介してシリコン基板１の上側に形成されており、ダイヤフラム体１１の周縁部は第１絶縁膜２に支持されている。このダイヤフラム体１１は、シリコン基板１の表面側から裏面側に向かう方向（空間１３に向かう方向）に、気圧などの圧力を受けると、その圧力に応じて下側に湾曲するように歪むようになっており、その歪み具合、つまり、圧力の大きさを示す電気信号を出力可能となっている。

空間１３は真空室となっており、複数の凹部１ａの外側に位置する封止部２２ａによって封止されている。以下の説明においては、空間１３を「真空室１３」と呼ぶこともある。本実施の形態では、シリコン基板１の複数の凹部１ａと、第１絶縁膜２の複数の第１開口２ａと、ダイヤフラム体１１の凹部１ａ側の表面とが、この真空室１３（空間１３）を形成している。そして、真空室１３と連通するエッチング液導入孔１５が、平面視（図１）においてダイヤフラム体１１の外側の位置における絶縁膜群に設けられており、封止部２２ａによって封止されている。

次に、本実施の形態に係る半導体圧力センサの構成要素について詳細に説明する。

平面視（図１）において４つの凹部１ａのそれぞれは、シリコン基板１表面に矩形状を有しており、縦及び横方向に２つずつ互いに離間させて配列されている。この凹部１ａは、断面視（図２）においては下側に先細りの凸形状を有している。２つの凹部１ａ同士の間のシリコン基板１表面の高さは、第１絶縁膜２が形成されたシリコン基板１表面の高さと同じとなっており、シリコン基板１は、ダイヤフラム体１１に向かう先細りの凸部１ｂを有している。凸部１ｂの先端には、絶縁膜をパターニングして第１絶縁膜２と同時に形成された先端絶縁膜２ｂが設けられている。

真空室１３におけるシリコン基板１には、ダイヤフラム体１１の中央付近に向かって突出するダイヤフラムストッパー１２が配置されている。本実施の形態では、このダイヤフラムストッパー１２は、凸部１ｂ及び先端絶縁膜２ｂから構成されており、ダイヤフラム体１１が外部から大きな圧力を受けて破壊されるのを防ぐ機能を有するとともに、製造時にダイヤフラム体１１の第２絶縁膜２がシリコン基板１と固着するのを防ぐ機能を有する。

本実施の形態では、ダイヤフラムストッパー１２の先端部（ここでは先端絶縁膜２ｂ）は、平面視（図１）において、４つの凹部１ａの隙間に存在する十字型の形状を有している。そして、ダイヤフラムストッパー１２の先端部（ここでは先端絶縁膜２ｂ）の幅は５μｍ以下となっている。

第１絶縁膜２は、シリコン基板１上に形成されており、複数の凹部１ａにそれぞれ対応した複数の第１第１開口２ａを有する。つまり、平面視（図１）において、複数の第１開口２ａのそれぞれは、凹部１ａと同様に、矩形状を有し、縦及び横方向に２つずつ配列されている。第１絶縁膜２は、例えば、ＨＴＯやＴＥＯＳなどの酸化膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などにより形成した後パターニングして形成される。

第２絶縁膜３は、図２に示されるように、互いに対向する封止部２２ａの外側では、概ね、第１絶縁膜２上に形成されているが、封止部２２ａの内側では、概ね、空隙１４を介して第１絶縁膜２上方に形成されている。ただし、平面視（図１）に示されるアンカー１７では、封止部２２ａの内側であっても第２絶縁膜３と第１絶縁膜２とが互いに接するように形成されている。つまり、第２絶縁膜２は、ダイヤフラム体１１の周縁部（アンカー１７）において第１絶縁膜２に支持されている。第２絶縁膜３は、例えば、ＨＴＯやＴＥＯＳなどの酸化膜をＣＶＤにより形成した後パターニングして形成される。

断面視（図２）において、ポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂは第２絶縁膜３上に形成されている。平面視（図１）においてポリシリコン配線４ａは、上述のダイヤフラムストッパー１２の先端部の十字型とほぼ同じ形状によって４つに区分されており、縦及び横方向に隣接するポリシリコン配線４ａ同士は、それぞれ、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂを介して接続されている。４つのポリシリコン配線４ａの全体の形状は、４隅のそれぞれにおいて外側に少し張り出した張出部４ａａを有する略矩形状となっている。

平面視（図１）において４つのポリシコンゲージ抵抗４ｂのそれぞれは、左右方向に延在するように形成されており、これらは互いに同サイズに形成される。本実施の形態では、横方向に隣接するポリシリコン配線４ａを接続する２つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂａは、ダイヤフラム体１１の中央付近において形成されており、縦方向に隣接するポリシリコン配線４ａを接続する２つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂｂは、ダイヤフラム体１１の互いに対向する二つのエッジ付近にそれぞれ形成されている。そして、４つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂは、後述するホイートストンブリッジ回路を形成するように、ポリシリコン配線４ａによってブリッジ結線されている。これらポリシリコンゲージ抵抗４ｂは、ピエゾ抵抗効果及び抵抗値が最適値となるように、ポリシリコンにＢ（ボロン）やＰ（リン）などの不純物注入が行われた後、アニールが行われて形成される。なお、本実施の形態では、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂは、Ｂが注入されたｐ型のゲージ抵抗であるものとする。

断面視（図２）において第３絶縁膜５は、ポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂ上、及びこれらの側面に形成されている。この第３絶縁膜５は、図１に示されるポリシリコン配線４ａの張出部４ａａ上においてポリシリコン配線４ａを露出する開口たるポリシリコン配線コンタクト部分５ａを複数有する。このポリシリコン配線コンタクト部分５ａ内のポリシリコン配線４ａ上には第１金属層２１（細い破線）が形成されている。なお、第３絶縁膜５は、例えば、ＨＴＯやＴＥＯＳなどの酸化膜をＣＶＤにより形成した後パターニングして形成される。

断面視（図２）においてポリシリコンダイヤフラム６は、第３絶縁膜５上に形成される。このポリシリコンダイヤフラムは、例えばドープドポリシリコンで形成されている。

断面視（図２）において第４絶縁膜７は、ポリシリコンダイヤフラム６上及びその側面に形成されている。この第４絶縁膜７は、例えば、ＨＴＯやＴＥＯＳなどの酸化膜をＣＶＤにより形成した後パターニングして形成される。

第２絶縁膜３、第３絶縁膜５及び第４絶縁膜７（絶縁膜群）には、図２に示されるように、空隙１４を介して空間１３と連通するエッチング液導入孔１５が設けられている。このエッチング液導入孔１５内には、第２金属層２２の一部が封止部２２ａとして充填されている。

第２金属層２２は、ポリシリコン配線コンタクト部分５ａ上と、当該ポリシリコン配線コンタクト部分５ａと平面視（図１）において縦方向に隣接するエッチング液導入孔１５上と、当該ポリシリコン配線コンタクト部分５ａと平面視（図１）において横方向に隣接するエッチング液導入孔１５上とに亘って形成されている。この第２金属層２２は、ポリシリコン配線コンタクト部分５ａ内に形成された第１金属層２１と接することによりポリシリコンゲージ抵抗４ｂをブリッジ結線する。また、第２金属層２２は、上述したようにエッチング液導入孔１５に充填されることにより空間１３を真空封止する。この第２金属層２２の材質には、例えば、Ａｌ（アルミニウム）が用いられる。

第２金属層２２上には、第２金属層２２を保護するガラスコート２３が形成されている。なお、ガラスコート２３は、ポリシリコンダイヤフラム６の形状と等しい開口を有するとともに、ポリシリコン配線コンタクト部分５ａ及びエッチング液導入孔１５に関し、ポリシリコンダイヤフラム６と反対側において、第２金属層２２を露出する開口２３ａを有している。この開口２３ａ内の第２金属層２２は、電極パッド２２ｂとして用いられる。

次に、以上の構成からなる本実施の形態に係る半導体圧力センサの動作について説明する。この半導体圧力センサにおいて、ダイヤフラム体１１に圧力が印加されると、ダイヤフラム体１１がその圧力に応じて歪み、ダイヤフラム体１１に含まれるポリシリコンゲージ抵抗４ｂの抵抗値が、その歪みに応じて変化する。

図３は、上述の４つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂが、ポリシリコン配線４ａによってブリッジ結線されている様子を示す図である。ここでは、図１に示したダイヤフラム体１１中央側の二つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂａは抵抗Ｒ１，Ｒ３を有するものとし、ダイヤフラム体１１エッジ側の二つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂｂは抵抗Ｒ２，Ｒ４を有するものとする。

図３においては、抵抗Ｒ１〜Ｒ４のポリシリコンゲージ抵抗４ｂａ，４ｂｂはホイートストンブリッジ回路を構成しており、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２のポリシリコンゲージ抵抗４ｂａ，４ｂｂの接点と、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４のポリシリコンゲージ抵抗４ｂａ，４ｂｂの接点との間には、入力電圧Ｖｉｎ（＝５Ｖ）が印加されている。

この場合において、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ４のポリシリコンゲージ抵抗４ｂａ，４ｂｂの接点と、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３のポリシリコンゲージ抵抗４ｂａ，４ｂｂの接点との間における出力電圧をＶｏｕｔとすると、Ｖｏｕｔ＝（Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）−Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ４））×Ｖｉｎとなる。ダイヤフラム体１１に圧力が加わっていない初期状態（例えばＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝１００Ω）である場合には、Ｖｏｕｔ＝０Ｖとなる。

さて、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂは、その電流が流れる方向に対して垂直方向に応力を受けた場合には、その抵抗値はほとんど変化しないが、その電流が流れる方向に応力を受けた場合には、その抵抗値は変化する。

ここで、ダイヤフラム体１１に圧力が印加されると、ダイヤフラム体１１の中央部分が下側に凸となるように歪む。この場合に、ポリシリコンダイヤフラム６中央においてその下側に設けられたｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂａは、電流方向と同方向に引張応力を受けることから、その抵抗値が＋側に変化し、その一方で、ポリシリコンダイヤフラム６エッジにおいてその下側に設けられたｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｂは、電流方向と同方向に圧縮応力を受けることから、その抵抗値が−側に変化する。

例えば、ダイヤフラム体１１に１ａｔｍ（０．０９８ＭＰａ）の圧力が印加された場合の抵抗変化率が、ΔＲ１／Ｒ１＝ΔＲ３／Ｒ３＝＋１％であり、ΔＲ２／Ｒ２＝ΔＲ４／Ｒ４＝−１％であるとすると、出力電圧Ｖｏｕｔ＝（９９／（９９＋１０１）−１０１／（１０１＋９９））×＝５０ｍＶとなる。この出力電圧Ｖｏｕｔの大きさは、ダイヤフラム体１１に印加された圧力の大きさに応じて変化することから、ダイヤフラム体１１は、ダイヤフラム体１１に印加された圧力を示す出力電圧を発生するものとなっている。

さて、一般に、半導体圧力センサの性能は、ダイヤフラム体１１の面積及び厚みにより決定される。したがって、半導体圧力センサを小型化するためには、これらがばらつかないことが重要である。

ここで、本実施の形態においては、ダイヤフラム体１１の面積は、実質的にポリシリコンダイヤフラム６をアンカー１７で支えた面積で決まり、また、ダイヤフラム体１１の厚みは、実質的にポリシリコンダイヤフラム６のＣＶＤデポ膜厚で決まる。そして、このポリシリコンダイヤフラム６が、面積及び厚みのばらつき、及び、積層構造の層の位置ずれを抑制することが可能な積層構造から形成される。したがって、本実施の形態では、半導体圧力センサを小型化しても、その性能のばらつきを抑制することが可能となっている。

また、本実施の形態に係る半導体圧力センサでは、ダイヤフラムストッパー１２が形成されているため、プロセス中などに過度な圧力が加わった場合でもダイヤフラム体１１の破壊を防止することができる。したがって、ポリシリコンダイヤフラム６の薄膜化を容易に行うことができる。

図４は、図２に対応する図であり、本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造工程の一部を示す断面図である。次に、この図４を用いて、本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造方法について説明する。

まず、後工程においてエッチング液による結晶異方性エッチングを行うことができるように、主面の結晶方位が（１００）であるシリコン基板１を用意する。

そして、シリコン基板１の当該主面上に複数の第１開口２ａを有する第１絶縁膜２を形成する。本実施の形態では、シリコン基板１の当該主面上に、熱酸化膜を０．１〜１．０μｍ程度成膜するか、または、ＴＥＯＳ、ＨＴＯなどの酸化膜をＣＶＤによって０．１〜１．０μｍ程度デポした後、当該膜に複数の第１開口２ａを形成するパターニングを行って第１絶縁膜２を形成する。この際、第１開口２ａ同士の幅は５μｍ以下とする。

次に、第１絶縁膜２上に、当該第１絶縁膜２の複数の第１開口２ａ内においてシリコン基板１と接する犠牲層１６（図１においては二点鎖線）を形成する。本実施の形態では、第１絶縁膜２上にドープドポリシリコン膜をＣＶＤによって０．１〜０．４μｍ程度デポした後、当該膜にパターニングを行って犠牲層１６を形成する。後で詳細に説明するように、この犠牲層１６はＴＭＡＨなどの結晶方位異存性のエッチング液によって除去され、その際にシリコン基板１の第１開口２ａ下側の部分も同エッチング液によって除去されることにより、上述の空間１３及び空隙１４が形成される。なお、本実施の形態では、犠牲層１６は、平面視（図１）において二点鎖線で示される略矩形状を有し、その外周よりも少し内側において、アンカー１７が形成される複数の開口１６ａ（矩形状の二点鎖線）を有する。

その後、ポリシリコンダイヤフラム６と、当該ポリシリコンダイヤフラム６の下方の真空室となるべき空間１３側に形成されたポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂと、これらを内包する絶縁膜群とを含む積層構造を、犠牲層１６上に形成する。以下、この積層構造の形成について説明する。

本実施の形態では、犠牲層１６上と、当該犠牲層１６が形成されていない第１絶縁膜２上とに、ＴＥＯＳ、ＨＴＯなどの酸化膜をＣＶＤによって０．１〜０．３程度μｍデポした後、当該膜にパターニングして第２絶縁膜３を形成する。なお、犠牲層１６の開口１６ａ内においては、第１絶縁膜２と第２絶縁膜３とが接することにより、アンカー１７が形成される。

それから、第２絶縁膜３上に、ポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂとなるポリシリコン膜を０．１〜０．３程度μｍデポした後、当該膜にパターニングを行う。なお、ポリシリコン配線４ａを形成するためのパターンは、できるだけ配線抵抗値が低くなるようにすること、及び、ポリシリコンダイヤフラム６への応力の影響を考慮して、ポリシリコンダイヤフラム６のほぼ全面に対称に形成する。なお、ここで形成されるポリシリコン膜の厚みは０．１５μｍ程度にすることが好ましいが、このことについては後述する。

次に、ポリシリコン膜上及びその側面に、ＴＥＯＳ、ＨＴＯなどの酸化膜をＣＶＤによって０．１μｍ程度デポして、第３絶縁膜５を形成する。それから、ポリシリコン膜にＢなどのｐ型の不純物を注入することにより、第２絶縁膜３上、かつ、第３絶縁膜５下にポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂを形成する。その後、アニールが行われる。

図５は、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂの表面ボロン濃度に対する抵抗変化率を示す図である。この図では、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂとなるポリシリコンの厚みが、０．０５、０．１５、０．４５μｍの場合について調べた結果が示されている。図に示されるように、その厚みが０．１５μｍである場合に、抵抗変化率と表面ボロン濃度の間に対数近似の関係が成り立ち、かつ、ばらつきが小さくなる。したがって、抵抗Ｒ１〜Ｒ４のポリシリコンゲージ抵抗４ｂ（上述のポリシリコン膜）の厚みは、０．１５μｍ程度、具体的には０．１〜０．３μｍにすることが好ましい。これにより、ピエゾ抵抗効果が高く、ばらつきが小さいポリシリコンゲージ抵抗４ｂを得ることができる。

その後、第３絶縁膜５をパターニングして、ポリシリコン配線４ａの張出部４ａａ上に、複数のポリシリコン配線コンタクト部分５ａ（開口）を形成する。そして、各ポリシリコン配線コンタクト部分５ａ内に、ポリシリコン配線４ａと第２金属層２２とを接続するための第１金属層２１を形成する。なお、この第１金属層２１は、後工程において犠牲層１６をエッチング液でエッチングする際に、ポリシリコン配線４ａがエッチングされるのを防ぐ保護機能も兼ねる。

次に、第３絶縁膜５上に、ポリシリコンダイヤフラム６となるドープドポリシリコン膜をＣＶＤによって０．３〜２．０μｍ程度の膜厚にデポし、その膜にパターニングを行って、ポリシリコンダイヤフラム６を形成する。その後、ポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂに注入したＢなどの不純物の活性化、及び、ポリシリコンダイヤフラム６の応力制御を行うために、１０００℃以上で高温の熱処理を行う。

それから、ポリシリコンダイヤフラム６上及びその側面に、第４絶縁膜７となるＴＥＯＳ、ＨＴＯなどの酸化膜をＣＶＤによって０．１〜０．３μｍ程度デポして、パターニングする。こうして、犠牲層１６上に、ポリシリコン配線４ａ及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂと、ポリシリコンダイヤフラム６と、これらを内包する絶縁膜群（第２絶縁膜３、第３絶縁膜５及び第４絶縁膜７）とを含む積層構造が形成される。

その後、当該絶縁膜群をパターニングして、犠牲層１６と接するエッチング液導入孔１５を形成する。なお、ここでは、第２〜第４絶縁膜３，５，７を積層してから当該絶縁膜群にエッチング液導入孔１５を形成したが、これに限ったものではなく、各絶縁膜のパターニングごとに開口を形成することによりエッチング液導入孔１５を形成してもよい。

それから、Ａｌなどの金属を腐食させないＴＭＡＨなどの特殊なエッチング液を、エッチング液導入孔１５に通じて犠牲層１６を等方性にエッチングすることにより、上述の積層構造を、真空室１３上で機能するダイヤフラム体１１として形成する。本実施の形態では、この犠牲層１６のエッチングが開始してからしばらくすると、エッチング液導入孔１５に通じていたエッチング液が、第１絶縁膜２の第１開口２ａにも通じてシリコン基板１と接触するようになる。その結果、同エッチング液により、シリコン基板１における第１絶縁膜２の第１開口２ａ下の表面が異方性にエッチングされることになり、真空室となるべき空間１３と、当該空間１３中に配置され、ダイヤフラム体１１の中央付近に向かって突出するダイヤフラムストッパー１２とが形成される。

ここで、本実施の形態では、シリコン基板１での第１絶縁膜２が形成される表面の結晶方位は、（１００）となっている。したがって、シリコン基板１の異方性エッチングは（１１１）面の重なった時点で実質的にストップすることから、エッチング時間が何らかの理由により長くなったとしても、エッチングが必要以上に進行するのを抑制することができる。

また、本実施の形態ではポリシリコン配線４ａ、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂ、及び、ポリシリコンダイヤフラム６等を覆う第１〜第４絶縁膜２，３，５，７の材質は、ＴＭＡＨに対してほとんどエッチングされないＨＴＯやＴＥＯＳであることから、その厚さが０．１μｍ程度であっても十分に耐性を有している。よって、ポリシリコン配線４ａ等をエッチング液から保護することができる。なお、図１に示されるアンカー１７では、エッチング後においても、第１絶縁膜２と第２絶縁膜３とが互いに接触された状態が維持され、このアンカー１７の配置がダイヤフラムサイズを決定する。このダイヤフラムサイズ及びアンカー１７とポリシリコンゲージ抵抗４ｂの重ね合わせ精度は、表面側のアライメント精度で決定され、このアライメント精度は高精度であることから、当該重ね合わせ精度を高精度に形成することができる。

犠牲層１６等のエッチング後、これまでの工程によって得られた構造物は、水洗され、乾燥される。この際、ダイヤフラムストッパー１２は、ダイヤフラム体１１とシリコン基板１とが固着するのを防止する。

その後、第１金属層２１と接し、かつ、エッチング液導入孔１５内に充填されて空間１３を真空封止するとともに、電極パッド２２ｂとして機能する第２金属層２２を形成する。本実施の形態では、この工程においてポリシリコンダイヤフラム６下側の空間１３を真空にすべく、真空雰囲気下において、Ａｌからなる第２金属層２２を、スパッタまたは蒸着により０．５〜１０μｍ程度デポして、エッチング液導入孔１５に充填する。この際、第２金属層２２をポリシリコン配線コンタクト部分５ａ内において第１金属層２１とコンタクトさせる。そして、第２金属層２２をパターニングする。

最後に、第２金属層２２を保護するガラスコート２３をプラズマＣＶＤで０．５〜１．０μｍデポし、電極パッド２２ａを露出する開口２３ａを有するようにパターニングする。なお、ウェハ厚みを薄くする場合は、第４絶縁膜７を形成した後に、ウェハを薄くする処理を実施する。

以上のような本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法によれば、高精度に膜厚、形状及び位置合わせを制御することが可能な積層構造からダイヤフラム体１１を形成する。したがって、半導体圧力センサの小型化に伴う性能のばらつきを抑制することができる。また、ダイヤフラムストッパー１２が、ダイヤフラム体１１において歪み易い中央付近を支持するように突出することから、ダイヤフラム体１１の破壊を防止することができるとともに、ダイヤフラム体１１の薄膜化、小型化が期待できる。また、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂは、ポリシリコンダイヤフラム６の下方の真空室（空間１３）側に配置されていることから、外部環境の影響を受けにくくなる。よって、信頼性の高い半導体圧力センサを得ることができる。また、エッチング液を用いたエッチングを１回行うだけで、真空室となるべき空間１３が形成される。ここで、空間１３は犠牲層１６に隣接して形成されていくことから、エッチング液、洗浄水及び空気等が流れる流路の断面積を大きくすることができる。したがって、エッチング液、洗浄水及び空気等の流れを良くすることができることから、エッチング、水洗、乾燥等の工程にかかる時間を短縮することができ、半導体圧力センサの製造時間を短縮することができる。

また、ポリシリコンダイヤフラム６には、例えば犠牲層１６エッチング用のエッチングホールが形成されておらず、第２金属層２２及びガラスコート２３の形成はアンカー１７の途中までに留めている。そして、ダイヤフラム体１１は、均一でかつ膜厚が薄い積層構造から形成されている。したがって、均一性が良いダイヤフラム体１１を形成することができるとともに、金属層２２等がダイヤフラム体１１に与える膜応力を低減することができる。

また、本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法によれば、第２金属層２２は、ポリシリコン配線コンタクト部分５ａ内において第１金属層２１と接して形成されており、空間１３を真空封止するとともに、電極パッド２２ｂとして機能する。したがって、第１金属層２１の結線や空間１３の封止等を同時に行うことができることから、プロセス工程数を少なくすることができる。よって、半導体圧力センサの製造を簡素化することができる。

また、本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法によれば、ダイヤフラムストッパー１２の先端部は、平面視において十字型の形状を有する。したがって、ダイヤフラム体１１の破壊を確実に防止することができる。

また、本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法によれば、ダイヤフラムストッパー１２の先端部の幅は５μｍ以下となっている。したがって、犠牲層１６のエッチングの後にダイヤフラム体１１がダイヤフラムストッパー１２に固着するのを低減することができる。

＜実施の形態２＞
図６は本発明の実施の形態２に係る半導体圧力センサの平面図であり、図７〜図１１は、それぞれ、図６に示されたＡ−Ａ線〜Ｅ−Ｅ線における断面図である。また、図１２〜１６は、それぞれ、図７〜図１１に対応する図であり、本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造工程においてエッチング液でエッチングする前の状態を示す断面図である。以下、本発明の実施の形態２に係る半導体圧力センサにおいて、実施の形態１に係る半導体圧力センサと同様の構成要素については同じ符号を付すものとし、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

図６、図９及び図１１に示されるように、本実施の形態に係る半導体圧力センサにおいては、第１絶縁膜２は、平面視（図６）において、複数の第１開口２ａより外側に形成され、エッチング液導入孔１５と連通する複数の第２開口２ｃをさらに有している。そして、第２開口２ｃと隣接するＶ字形状の小流路３１（第１流路）が、空間１３の一部としてシリコン基板１に形成されている。本実施の形態では、エッチング液等が当該小流路３１を通ることから、エッチング液等の流れを実施の形態１よりも良くすることが可能となっている。

以下、このような本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造方法について説明する。まず、実施の形態１と同様に、主面の結晶方位が（１００）であるシリコン基板１を用意する。

そして、実施の形態１と同様にして、シリコン基板１の当該主面上に第１絶縁膜２を形成する。ただし、本実施の形態では、第１絶縁膜２は、複数の第１開口２ａを有するだけでなく、平面視（図６）において、第１開口２ａより外側に形成された複数の第２開口２ｃを有している。具体的には、複数の第２開口２ｃは、複数のアンカー１７同士の間にそれぞれ形成されている。

次に、実施の形態１と同様にして、第１絶縁膜２上に犠牲層１６を形成する。ただし、本実施の形態では、犠牲層１６は、複数の第１開口２ａ内においてシリコン基板１と接するだけでなく、複数の第２開口２ｃ内においてもシリコン基板１と接している。

それから、実施の形態１と同様にして、犠牲層１６上に上述の積層構造を形成する。ただし、本実施の形態では、絶縁膜群（第２絶縁膜３、第３絶縁膜５及び第４絶縁膜７）のエッチング液導入孔１５は、第１絶縁膜２の複数の第２開口２ｃと連通している。

この状態で、実施の形態１と同様に、エッチング液をエッチング液導入孔１５に通じて、犠牲層１６を等方性にエッチングすると、積層構造からダイヤフラム体１１が形成されるとともに、空間１３、空隙１４及びダイヤフラムストッパー１２が形成される。本実施の形態では、この際に、エッチング液導入孔１５に通じていたエッチング液が、第１絶縁膜２の第２開口２ｃにも通じてシリコン基板１と接触するようになる。その結果、シリコン基板１における第２開口２ｃ下の表面が異方性にエッチングされることになり、小流路３１が空間１３の一部としてシリコン基板１に形成されていく。その後、実施の形態１と同様にして、第２金属層２２により空間１３を真空封止した後、ガラスコート２３を形成する。

以上のような本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法によれば、犠牲層１６のエッチングの際に小流路３１が形成される。これにより、エッチング液等が通る流路のうち、実施の形態１では断面積が小さかった部分（図９に示される空間１３とエッチング液導入孔１５との間の部分）の断面積を大きくすることができる。したがって、エッチング液等の流れを良くすることができることから、半導体圧力センサの製造時間をより短縮することができる。また、それ以外については実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、図６及び図９に示されるように、本実施の形態では、シリコン基板１は、真空室１３（ここでは小流路３１）と隣接する面に結晶方位（１１１）面を有している。この場合に、その面の端部が、平面視においてエッチング液導入孔１５と重なるようにすれば、エッチング液等が通る流路の断面積を大きくすることができる。よって、半導体圧力センサの製造時間をより短縮することができる。また、第２金属層２２（封止部２２ａ）による封止性も向上させることができる。

＜実施の形態３＞
図１７は本発明の実施の形態３に係る半導体圧力センサの平面図であり、図１８は図１７に示されたＡ−Ａ線における断面図である。また、図１９は、図１８に対応する図であり、本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造工程においてエッチング液でエッチングする前の状態を示す断面図である。以下、本発明の実施の形態３に係る半導体圧力センサにおいて、実施の形態２に係る半導体圧力センサと同様の構成要素については同じ符号を付すものとし、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。

図１７及び図１９に示されるように、本実施の形態に係る半導体圧力センサにおいては、第１絶縁膜２の第１開口２ａは、平面視において外側に突出し、エッチング液導入孔１５と連通する突出部分２ｄを有している。そして、突出部分２ｄと隣接する中流路３２（第２流路）が、空間１３の一部としてシリコン基板１に形成されている。本実施の形態では、エッチング液等が中流路３２を通ることから、エッチング液等の流れを実施の形態２よりも良くすることが可能となっている。

以下、このような本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造方法について説明する。まず、実施の形態２と同様に、主面の結晶方位が（１００）であるシリコン基板１を用意する。

そして、実施の形態２と同様にして、シリコン基板１の当該主面上に第１絶縁膜２を形成する。ただし、本実施の形態では、第１絶縁膜２の第１開口２ａは、平面視（図１７）において外側に突出する突出部分２ｄを有している。具体的には、突出部分２ｄは、複数のアンカー１７同士の間に形成されている。

次に、実施の形態２と同様にして、第１絶縁膜２上に犠牲層１６を形成する。

それから、実施の形態２と同様にして、犠牲層１６上に上述の積層構造を形成する。ただし、本実施の形態では、絶縁膜群（第２絶縁膜３、第３絶縁膜５及び第４絶縁膜７）のエッチング液導入孔１５は、第１開口２ａの突出部分２ｄと連通している。

この状態で、実施の形態２と同様に、エッチング液をエッチング液導入孔１５に通じて、犠牲層１６を等方性にエッチングすると、積層構造からダイヤフラム体１１が形成されるとともに、空間１３，空隙１４，ダイヤフラムストッパー１２及び小流路３１が形成される。本実施の形態では、この際に、エッチング液導入孔１５に通じていたエッチング液が、第１開口２ａの突出部分２ｄにも通じてシリコン基板１と接触するようになる。その結果、シリコン基板１における突出部分２ｄ下の表面が異方性にエッチングされることになり、中流路３２が空間１３の一部としてシリコン基板１に形成されていく。その後、実施の形態２と同様にして、第２金属層２２により真空封止された後、ガラスコート２３を形成する。

以上のような本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法によれば、犠牲層１６のエッチングの際に中流路３２が形成される。これにより、エッチング液等が通る流路のうち、実施の形態２では断面積が小さかった部分（図１８に示される空間１３とエッチング液導入孔１５との間の部分）の断面積を大きくすることができる。したがって、エッチング液等の流れを良くすることができることから、半導体圧力センサの製造時間をより短縮することができる。また、それ以外については実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態２と同様に、本実施の形態では、シリコン基板１は、真空室１３（ここでは中流路３２）と隣接する面にも結晶方位（１１１）面を有している。この場合に、その面の端部が、平面視においてエッチング液導入孔１５と重なるようにすれば、エッチング液等が通る流路の断面積を大きくすることができる。よって、半導体圧力センサの製造時間を短縮することができるとともに、第２金属層２２（封止部２２ａ）による封止性も向上させることができる。

また、本実施の形態のように中流路３２を形成すると、エッチング液の流れが良くなりすぎて、サイドエッチングレートが速くなり、その結果、シリコン基板１に設計通りのパターンを形成することが困難になる可能性がある。そこで、本実施の形態では、第１絶縁膜２の第１開口２ａ内に、犠牲層１６等のエッチングの際にシリコン基板１のサイドエッチングを抑制するサイドエッチング防止用補償パターンである中流路補償パターン２ｅが設けられている。したがって、シリコン基板１でのサイドエッチングを抑制することができ、設計通りのパターン（所望のパターン）を形成することができる。なお、本実施の形態では、中流路補償パターン２ｅは、絶縁膜をパターニングして第１絶縁膜２と同時に形成される。

また、本実施の形態のように、結晶異方性エッチングにおいてエッチングパターンが矩形以外の場合には、そのエッチングで得られる形状は複雑化する。したがって、最終的な形状が予測困難である場合などには、実施の形態２のように小流路３１のみを形成してもよい。

＜実施の形態４＞
図２０及び図２１は本発明の実施の形態４に係る半導体圧力センサの平面図である。以下、本実施の形態に係る半導体圧力センサにおいて、実施の形態３に係る半導体圧力センサと同様の構成要素については同じ符号を付すものとし、実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。

図２０及び図２１に示されるように、本実施の形態では、シリコン基板１の上述の表面には、複数の凹部１ａの代わりに、これらを部分的に結合してなる一つの凹部１ａが形成されている。そして、第１絶縁膜２は、複数の第１開口２ａの代わりに、これらを部分的に結合してなる第３開口２ｆを有している。具体的には、図２０に示される第１絶縁膜２は、縦方向に隣接する２つの第１開口２ａの代わりに、これらを部分的に結合してなる第３開口２ｆを有しており、図２１に示される第１絶縁膜２は、縦または横方向に隣接する４つの第１開口２ａの代わりに、これらを部分的に結合してなる第３開口２ｆを有している。

以上のような本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法においては、上述の犠牲層１６のエッチングの際に、犠牲層１６に沿って形成されていく、エッチング液等が通る流路を大きくすることができる。つまり、大流路３３を形成することができることから、エッチング液等の流れを良くすることができる。よって、半導体圧力センサの製造時間をより短縮することができる。また、それ以外については実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態のように面積が大きい第３開口２ｆを形成すると、エッチング液の流れが良くなりすぎて、サイドエッチングレートが速くなり、その結果、シリコン基板１に設計通りのパターンを形成することが困難になる可能性がある。そこで、本実施の形態では、第３開口２ｆ内に、犠牲層１６等のエッチングの際にシリコン基板１のサイドエッチングを抑制するサイドエッチング防止用補償パターンである大流路補償パターン２ｇが設けられている。したがって、シリコン基板１でのサイドエッチングを抑制することができ、設計通りのパターン（所望のパターン）を形成することができる。なお、本実施の形態では、大流路補償パターン２ｇは、絶縁膜をパターニングして第１絶縁膜２と同時に形成される。

また、本実施の形態のように、結晶異方性エッチングにおいてエッチングパターンが矩形以外の場合には、そのエッチングで得られる形状は複雑化することから、最終的な形状が予測困難である場合などには、実施の形態２のように小流路３１のみを形成してもよい。

＜実施の形態５＞
図２２は本発明の実施の形態５に係る半導体圧力センサの平面図であり、図２３及び図２４は、それぞれ、図２２に示されたＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線における断面図である。また、図２５及び図２６は、それぞれ、図２３及び図２４に対応する図であり、本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造工程においてエッチング液でエッチングする前の状態を示す断面図である。以下、本発明の実施の形態５に係る半導体圧力センサにおいて、実施の形態２に係る半導体圧力センサと同様の構成要素については同じ符号を付すものとし、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。

図２２〜図２６に示されるように、ダイヤフラム体１１（積層構造）は、上述の絶縁膜群に内包され、平面視（図２２）においてポリシリコン配線４ａ、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂ、ポリシリコンダイヤフラム６及びアンカー１７と離間してその外側に形成された外枠部６ａをさらに含んでいる。なお、外枠部６ａは、第３絶縁膜５上において第４絶縁膜７により覆われており、本実施の形態では、ドープドポリシリコン膜をパターニングしてポリシリコンダイヤフラム６と同時に形成される。

そして、エッチング液導入孔１５及び第２金属層２２は、平面視（図２２）において外枠部６ａから外側に形成され、ガラスコート２３も、平面視（図２２）において外枠部６ａから外側に形成されている。

以上のような本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法によれば、ダイヤフラム体１１におけるポリシリコンダイヤフラム６及びアンカー１７上には、ダイヤフラム体１１に応力を多少与える第２金属層２２及びガラスコート２３が被らないようになっている。したがって、それらの膜応力を低減することができることから、高精度の半導体圧力センサを得ることができる。それ以外については実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

＜実施の形態６＞
図２７及び図２８は本発明の実施の形態６に係る半導体圧力センサの平面図であり、図２９〜図３１は、それぞれ、図２７及び図２８に示されたＡ−Ａ線〜Ｃ−Ｃ線における断面図である。なお、図２７に示される右端と図２８に示される左端とは、Ｘ−Ｘ線において連続している。また、図３２〜図３４は、それぞれ、図２９〜図３１に対応する図であり、本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造工程においてエッチング液でエッチングする前の状態を示す断面図である。以下、本発明の実施の形態６に係る半導体圧力センサにおいて、実施の形態２に係る半導体圧力センサと同様の構成要素については同じ符号を付すものとし、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。

図２７及び図２８に示されるように、本実施の形態に係る半導体圧力センサは、実施の形態２において説明した半導体圧力センサを、第１及び第２部分圧力センサ４１，４２として備えている。この第１及び第２部分圧力センサ４１，４２のそれぞれは、これまで説明した１つの半導体圧力センサとほぼ同様に構成されており、１つのポリシリコンダイヤフラム６を有している。

本実施の形態において、第１部分圧力センサ４１は、上述の４つのｐ型のポリシリコン配線４ａの代わりに、横方向に隣接する２つのｐ型のポリシリコン配線４ａｐ１と、横方向に隣接する２つのｎ型のポリシリコン配線４ａｎ１とを有している。そして、第１部分圧力センサ４１は、上述の４つのｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂの代わりに、互いに異なる導電型（ｐ型及びｎ型）を有する２つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｎ１を有している。この２つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｎ１は、第１部分圧力センサ４１のポリシリコンダイヤフラム６の中央付近において自身の長手方向（電流が流れる方向）が互いに平行となるように対称配置されている。そして、ｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１は、２つのｐ型のポリシリコン配線４ａｐ１同士を接続しており、ｎ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ１は、２つのｎ型のポリシリコン配線４ａｎ１同士を接続している。

同様に、第２部分圧力センサ４２は、上述の４つのｐ型のポリシリコン配線４ａの代わりに、横方向に隣接する２つのｐ型のポリシリコン配線４ａｐ２と、横方向に隣接する２つのｎ型のポリシリコン配線４ａｎ２とを有している。そして、第２部分圧力センサ４２は、上述の４つのｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂの代わりに、互いに異なる導電型（ｐ型及びｎ型）を有する２つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ２，４ｂｎ２を有している。この２つのポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ２，４ｂｎ２は、第２部分圧力センサ４２のポリシリコンダイヤフラム６の中央付近において自身の長手方向（電流が流れる方向）が互いに平行となるように対称配置されている。そして、ｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ２は、２つのｐ型のポリシリコン配線４ａｐ２同士を接続しており、ｎ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ２は、２つのｎ型のポリシリコン配線４ａｎ２同士を接続している。

また、第１部分圧力センサ４１のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｎ１と、第２部分圧力センサ４２のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ２，４ｂｎ２とは、図３に示したホイートストンブリッジ回路を構成している。このホイートストンブリッジ回路において、第１部分圧力センサ４１のｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１の両端は、ｎ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ１，４ｂｎ２の一端とそれぞれ接続されており、第２部分圧力センサ４２のｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ２の両端は、ｎ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ１，４ｂｎ２の他端とそれぞれ接続されている。換言すれば、上述のホイートストンブリッジ回路において、第１部分圧力センサ４１のｎ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ１の両端は、ｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２の一端とそれぞれ接続されており、第２部分圧力センサ４２のｎ型のポリシコンゲージ抵抗４ｂｎ２の両端は、ｐ型のポリシコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２の他端とそれぞれ接続されている。

なお、本実施の形態では、部分圧力センサ４１と部分圧力センサ４２とは互いに同一のパターンで形成されている。したがって、半導体圧力センサのパターン作成を容易化することができる。また、本実施の形態では、ポリシリコン配線４ａｐ１，４ａｎ１，４ａｐ２，４ａｎ２のパターンは対称に形成されていることから、半導体圧力センサを容易に高精度化することができる。

次に、以上のような本実施の形態に係る半導体圧力センサの製造方法について、実施の形態２と異なる工程を中心に説明する。まず、実施の形態２と同様に、主面の結晶方位が（１００）であるシリコン基板１を用意する。そして、実施の形態２と同様にして、シリコン基板１の当該主面上に第１絶縁膜２を形成し、その後、第１絶縁膜２上に犠牲層１６を形成する。

それから、上述の積層構造を形成する。ここで、本実施の形態では、第２絶縁膜３と第３絶縁膜５との間に形成されたポリシリコン膜に、Ｂなどのｐ型の不純物を選択的に注入することにより、ｐ型のポリシリコン配線４ａｐ１，４ａｐ２及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２を形成し、同ポリシリコン膜にＰなどのｎ型の不純物を選択的に注入することにより、ｎ型のポリシリコン配線４ａｎ１，４ａｎ２及びポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ１，４ｂｎ２を形成する。このときの不純物の濃度は、ピエゾ抵抗効果及び抵抗値が最適値となるように調整される。その後、実施の形態２と同様にして、アニール等が行われ、積層構造が形成される。

それから、実施の形態２と同様にして、エッチング液をエッチング液導入孔１５に通じて、犠牲層１６等をエッチングし、第２金属層２２により真空封止された後、ガラスコート２３を形成する。

次に、以上の構成からなる本実施の形態に係る半導体圧力センサの効果について説明する。

図３５は、ｎ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ１，４ｂｎ２において、長手方向（電流が流れる方向）と引張応力の印加方向との間の角度と、その抵抗値の変化率との関係を示す図であり、図３６は、ｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２における同様の関係を示す図である。これらの図に示される横軸において、０°は長手方向（電流が流れる方向）と同じ方向に引張応力が印加されていることを示し、９０°は、長手方向（電流が流れる方向）に対して垂直方向に引張応力が印加されていることを示す。

これら図３５，３６から明らかなように、長手方向と同じ方向に引張応力が印加されている場合には、ｎ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｎ１，４ｂｎ２の抵抗値は−側に変化し、ｐ型のポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２の抵抗値は＋側に変化する。したがって、引張応力及び圧縮応力がそれぞれ印加される上述の半導体圧力センサとは異なり、本実施の形態に係る半導体圧力センサでは、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２，４ｂｎ１，４ｂｎ２に引張応力のみ印加されれば、上述の半導体圧力センサと同様の動作を行うことができる。その結果、本実施の形態では、次に説明するように、半導体圧力センサの感度を向上させることが可能となっている。

図３７は、ダイヤフラム体１１（ポリシリコンダイヤフラム６）が圧力を受けた場合に、ダイヤフラム体１１（ポリシリコンダイヤフラム６）での各位置に生じる応力の大きさを示す図である。この図に示される横軸において、０μｍはダイヤフラム体１１のエッジ付近での位置を示し、１００μｍはダイヤフラム体１１の中央付近での位置を示す。また、縦軸において、正の値である場合には圧縮応力が生じていることを示し、負の値である場合には引張応力が生じていることを示している。

この図に示されるように、ダイヤフラム体１１に同じ圧力が印加される場合であっても、中央付近に印加される引張応力の絶対値は、エッジ付近に印加される圧縮応力の絶対値よりも大きい。また、中央付近において位置が少しずれたときの引張応力の値の変化は、エッジ付近において位置が少しずれたときの圧縮応力の値の変化よりも小さい。

ここで、本実施の形態に係る半導体圧力センサ及びその製造方法では、上述したように、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２，４ｂｎ１，４ｂｎ２は、引張応力のみ印加されれば動作するものとなっており、中央付近に配置されている。したがって、半導体圧力センサの感度を向上させることができる。また、ポリシリコンゲージ抵抗４ｂｐ１，４ｂｐ２，４ｂｎ１，４ｂｎ２の配置位置が設計から多少ずれたとしても、それに伴う応力の変化は小さいことから、半導体圧力センサの性能のばらつきを抑制することができる。それ以外については実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では、２個の部分圧力センサ４１，４２を備えるため、チップサイズは多少大きくなるが、ダイヤフラムサイズは、例えば一辺が３０〜２００μｍの正方形の面積程度であり、十分に小さいことからその影響はほとんどないと考えられる。

なお、図３５及び図３６に示されるように、ｎ型及びｐ型のポリシリコンゲージ抵抗において各不純物濃度が異なるため、同じ応力が印加されたときの抵抗変化率の絶対値も互いに異なることがあるが、このことが問題となるのであれば、そのときの一方の絶対値が他方の絶対値と等しくなるようにどちらかの絶対値を補正すればよい。

１ シリコン基板、１ａ 凹部、２ 第１絶縁膜、２ａ 第１開口、２ｃ 第２開口、２ｄ 突出部分、２ｅ 中流路補償パターン、２ｆ 第３開口、２ｇ 大流路補償パターン、３ 第２絶縁膜、４ａ ポリシリコン配線、４ｂ ポリシリコンゲージ抵抗、５ 第３絶縁膜、５ａ ポリシリコン配線コンタクト部分、６ ポリシリコンダイヤフラム、６ａ 外枠部、７ 第４絶縁膜、１１ ダイヤフラム体、１２ ダイヤフラムストッパー、１３ 空間、１５ エッチング液導入孔、１６ 犠牲層、２１ 第１金属層、２２ 第２金属層、２２ｂ 電極パッド、２３ ガラスコート、３１ 小流路、３２ 中流路、４１ 第１部分圧力センサ、４２ 第２部分圧力センサ。

Claims (25)

1. （ａ）半導体基板上に複数の第１開口を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記第１絶縁膜上に、当該第１絶縁膜の前記複数の第１開口内において前記半導体基板と接する犠牲層を形成する工程と、
   （ｃ）ポリシリコンダイヤフラムと、当該ポリシリコンダイヤフラムの下方の真空室となるべき空間側に形成されたポリシリコンゲージ抵抗と、これらを内包し、前記犠牲層と接するエッチング液導入孔を有する絶縁膜群とを含む積層構造を、前記犠牲層上に形成する工程と、
   （ｄ）エッチング液を前記エッチング液導入孔に通じて、前記犠牲層をエッチングすることにより前記積層構造を前記真空室上で機能するダイヤフラム体として形成するとともに、前記半導体基板における前記第１絶縁膜の前記第１開口下の表面をエッチングすることにより前記真空室となるべき前記空間と、当該空間中に配置され、前記ダイヤフラム体の中央付近に向かって突出するダイヤフラムストッパーとを形成する工程と
   を備える半導体圧力センサの製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記工程（ｃ）で形成される前記積層構造は、
   前記犠牲層上に形成される、前記絶縁膜群に含まれる第２絶縁膜と、
   前記第２絶縁膜上に形成されるポリシリコン配線と、
   前記ポリシリコン配線上において当該ポリシリコン配線を露出する開口を有する、前記絶縁膜群に含まれる第３絶縁膜と
   を含み、
   （ｅ）前記第３絶縁膜の前記開口内の前記ポリシリコン配線上に第１金属層を形成する工程と、
   （ｆ）前記第１金属層と接し、かつ、前記エッチング液導入孔内に充填されて前記空間を真空封止するとともに、電極パッドとして機能する第２金属層を形成する工程と
   を備える半導体圧力センサの製造方法。
   
   
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記工程（ｄ）で形成される前記ダイヤフラムストッパーの先端部は、平面視において十字型の形状を有する、半導体圧力センサの製造方法。
4. 請求項３に記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記ダイヤフラムストッパーの前記先端部の幅は５μｍ以下である、半導体圧力センサの製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記半導体基板での前記第１絶縁膜が形成される表面の結晶方位は、（１００）である、半導体圧力センサの製造方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記工程（ａ）で形成される前記第１絶縁膜は、平面視において前記複数の第１開口より外側に形成された複数の第２開口をさらに有し、
   前記工程（ｂ）で形成される前記犠牲層は、前記第１絶縁膜の前記複数の第１及び第２開口内において前記半導体基板と接し、
   前記工程（ｃ）で形成される前記エッチング液導入孔は、前記第２開口と連通し、
   前記工程（ｄ）において、前記第２開口と隣接する第１流路を、前記空間の一部として前記半導体基板に形成していく、半導体圧力センサの製造方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記工程（ａ）で形成される前記第１絶縁膜の前記第１開口は、平面視において外側に突出する突出部分を有し
   前記工程（ｃ）で形成される前記エッチング液導入孔は、前記第１開口の前記突出部分と連通し、
   前記工程（ｄ）において、前記突出部分と隣接する第２流路を、前記空間の一部として前記半導体基板に形成していく、半導体圧力センサの製造方法。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記第１絶縁膜は、前記複数の第１開口の代わりに、これらを部分的に結合してなる一つの第３開口を有する、半導体圧力センサの製造方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
   前記第１絶縁膜の前記第１開口内には、前記工程（ｄ）のエッチングの際に前記半導体基板のサイドエッチングを抑制するサイドエッチング防止用補償パターンが設けられている、半導体圧力センサの製造方法。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
    前記工程（ｄ）のエッチングにより前記半導体基板に現れる、前記空間と隣接する結晶方位（１１１）面の端部は、平面視において前記エッチング液導入孔と重なる、半導体圧力センサの製造方法。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法であって、
    前記ポリシリコンゲージ抵抗のポリシリコン膜の厚さは、０．１〜０．３μｍである、半導体圧力センサの製造方法。
12. 請求項２に記載の半導体圧力センサの製造方法であって
    前記工程（ｃ）で形成される前記積層構造は、
    前記絶縁膜群に内包され、平面視において前記ポリシリコンダイヤフラムと離間してその外側に形成される外枠部をさらに含み、
    前記エッチング液導入孔及び前記第２金属層は、平面視において前記外枠部から外側に形成され、
    （ｇ）平面視において前記外枠部から外側の前記第２金属層上にガラスコートを形成する工程
    をさらに備える、半導体圧力センサの製造方法。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法を用いて形成される半導体圧力センサを、第１及び第２部分圧力センサとして備える半導体圧力センサの製造方法であって、
    前記第１及び第２部分圧力センサのそれぞれは、互いに異なる導電型を有するとともに、対応する前記ポリシリコンダイヤフラムの中央付近において互いに平行に配置された２つの前記ポリシリコンゲージ抵抗を有し、
    前記第１及び第２部分圧力センサの前記ポリシリコンゲージ抵抗からなるホイートストンブリッジ回路において、一方の部分圧力センサでの一方の導電型を有する前記ポリシリコンゲージ抵抗の両端は、他方の導電型を有する２つの前記ポリシリコンゲージ抵抗の一端とそれぞれ接続され、他方の部分圧力センサでの当該一方の導電型を有する前記ポリシリコンゲージ抵抗の両端は、他方の導電型を有する２つの前記ポリシリコンゲージ抵抗の他端とそれぞれ接続されている、半導体圧力センサの製造方法。
14. 複数の凹部が表面に形成された半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成され、前記複数の凹部にそれぞれ対応した複数の第１開口を有する第１絶縁膜と、
    ポリシリコンダイヤフラムと、当該ポリシリコンダイヤフラムの下方の真空室側に形成されたポリシリコンゲージ抵抗と、これらを内包する絶縁膜群とを含むダイヤフラム体と
    を備え、
    前記半導体基板の前記複数の凹部と、前記第１絶縁膜の前記複数の第１の開口と、前記ダイヤフラム体の前記凹部側の表面とは、前記真空室を形成し、
    前記真空室と連通するエッチング液導入孔が前記絶縁膜群に設けられ、
    前記真空室における前記半導体基板には、前記ダイヤフラム体の中央付近に向かって突出するダイヤフラムストッパーが配置されている、半導体圧力センサ。
15. 請求項１４に記載の半導体圧力センサであって、
    前記ダイヤフラム体は、
    当該ダイヤフラム体の周縁部において前記第１絶縁膜に支持される、前記絶縁膜群に含まれる第２絶縁膜と、
    前記第２絶縁膜上に形成されるポリシリコン配線と、
    前記ポリシリコン配線上において当該ポリシリコン配線を露出する開口を有する、前記絶縁膜群に含まれる第３絶縁膜と
    を含み、
    前記第３絶縁膜の前記開口内の前記ポリシリコン配線上に形成された第１金属層と、
    前記第１金属層と接し、かつ、前記エッチング液導入孔内に充填されて前記真空室を真空封止するとともに、電極パッドして機能する第２金属層と
    をさらに備える半導体圧力センサ。
16. 請求項１４または請求項１５に記載の半導体圧力センサであって、
    前記ダイヤフラムストッパーの先端部は、平面視において十字型の形状を有する、半導体圧力センサ。
17. 請求項１６に記載の半導体圧力センサであって、
    前記ダイヤフラムストッパーの前記先端部の幅は５μｍ以下である、半導体圧力センサ。
18. 請求項１４乃至請求項１７のいずれかに記載の半導体圧力センサであって、
    前記半導体基板での前記第１絶縁膜が形成された表面の結晶方位は、（１００）である、半導体圧力センサ。
19. 請求項１４乃至請求項１８のいずれかに記載の半導体圧力センサであって、
    前記第１絶縁膜は、平面視において前記複数の第１開口より外側に形成され、前記エッチング液導入孔と連通する複数の第２開口をさらに有し、
    前記第２開口と隣接する第１流路が、前記真空室の一部として前記半導体基板に形成されている、半導体圧力センサ。
20. 請求項１４乃至請求項１９のいずれかに記載の半導体圧力センサであって、
    前記第１絶縁膜の前記第１開口は、平面視において外側に突出し、前記エッチング液導入孔と連通する突出部分を有し、
    前記突出部分と隣接する第２流路が、前記真空室の一部として前記半導体基板に形成されている、半導体圧力センサ。
21. 請求項１４乃至請求項２０のいずれかに記載の半導体圧力センサであって、
    前記半導体基板の前記表面には、前記複数の凹部の代わりに、これらを部分的に結合してなる一つの凹部が形成され、
    前記第１絶縁膜は、前記複数の第１開口の代わりに、これらを部分的に結合してなる一つの第３開口を有する、半導体圧力センサ。
22. 請求項１９乃至２１のいずれかに記載の半導体圧力センサであって、
    前記半導体基板は、前記真空室と隣接する面に結晶方位（１１１）面を有し、その面の端部は、平面視において前記エッチング液導入孔と重なる、半導体圧力センサ。
23. 請求項１４乃至請求項２２のいずれかに記載の半導体圧力センサであって、
    前記ポリシリコンゲージ抵抗のポリシリコン膜の厚さは、０．１〜０．３μｍである、半導体圧力センサ。
24. 請求項１５に記載の半導体圧力センサであって、
    前記ダイヤフラム体は、
    前記絶縁膜群に内包され、平面視において前記ポリシリコンダイヤフラムと離間してその外側に形成された外枠部をさらに含み、
    前記エッチング液導入孔及び前記第２金属層は、平面視において前記外枠部から外側に形成され、
    平面視において前記外枠部から外側の前記第２金属層上に形成されたガラスコート
    をさらに備える、半導体圧力センサ。
25. 請求項１４乃至請求項２４のいずれかに記載の半導体圧力センサを、第１及び第２部分圧力センサとして備える半導体圧力センサであって、
    前記第１及び第２部分圧力センサのそれぞれは、互いに異なる導電型を有するとともに、対応する前記ポリシリコンダイヤフラムの中央付近において互いに平行に配置された２つの前記ポリシリコンゲージ抵抗を有し、
    前記第１及び第２部分圧力センサの前記ポリシリコンゲージ抵抗からなるホイートストンブリッジ回路において、一方の部分圧力センサでの一方の導電型を有する前記ポリシリコンゲージ抵抗の両端は、他方の導電型を有する２つの前記ポリシリコンゲージ抵抗の一端とそれぞれ接続され、他方の部分圧力センサでの当該一方の導電型を有する前記ポリシリコンゲージ抵抗の両端は、他方の導電型を有する２つの前記ポリシリコンゲージ抵抗の他端とそれぞれ接続されている、半導体圧力センサ。

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