JPH06104454A - 半導体力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各チップ毎のダイアフラムを所望の厚みに均
一に形成できるようにする。 【構成】 シリコン基板１の一面にエピタキシャル結晶
成長層１０を形成する工程と、基板１の両面に２層の保
護膜２，６を形成する工程と、両２層の保護膜２，６に
所定のパターンを形成し結晶成長層１０上のウエハ端部
に外部取出電極１１，チップ上面の周囲に金属または低
抵抗半導体からなる伝導体１６，１７を形成し，外部取
出電極１１と伝導体１６，１７とを接続する工程と、前
記基板１をエッチング液に浸漬し，電極１１，伝導体１
６，１７を陽極，エッチング用電極１４を陰極として直
流電圧を印加してエッチングし，基板１と結晶成長層１
０の境界面でエッチングの進行を停止してチップ毎にダ
イアフラム５を形成する工程と、結晶成長層１０に不純
物を拡散してゲージ抵抗３を形成する工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気化学エッチングス
トップ法によりダイアフラムを形成する圧力センサ，加
速度センサ，流量センサ，湿度センサ等の半導体力セン
サの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体力センサを、例えば半導体
圧力センサについて図５ないし図７を参照して説明す
る。まず、半導体圧力センサを示した図５において、１
はシリコン基板（以下Ｓｉ基板と称す）、２はＳｉ基板
１上に形成され，Ｓｉ基板１を保護するＳｉＯ₂ 膜、３
はＳｉ基板１上に不純物を拡散して形成されたゲージ抵
抗部、４はＳｉ基板１上に形成されたＡｌボンディング
パッドであり、外部端子との間にワイヤボンドを行い出
力を取り出す。５はＳｉ基板１下にエッチングにより形
成されたダイアフラムである。

【０００３】そして、この半導体圧力センサに圧力を加
えると、ダイアフラム５がたわんで歪み、その歪みによ
り発生した応力が、ピエゾ効果によりゲージ抵抗３の抵
抗が変化し、前記圧力が電気信号として取り出せる。ま
た、そのゲージ抵抗３の抵抗変化量は、発生する応力量
に比例し、その応力量はダイアフラム５の面積に比例
し、ダイアフラム５の厚みの２乗に反比例する。したが
って、圧力に対する感度を高めるにはダイアフラム５の
厚みを薄くすることが重要である。

【０００４】つぎに製造方法について図６を参照して説
明する。まず、図６Ａに示すように、ｎ型Ｓｉ基板１の
両面に必要な厚みのＳｉＯ₂ 膜２を形成し、さらに図６
Ｂに示すように、ＳｉＯ₂ 膜２上にエッチングのマスク
となるＳｉＮ膜６をＣＶＤ法により膜付けし、フォトリ
ソグラフィ技術により図６Ｃに示すように、ＳｉＮ膜６
を所定のパターンに形成する。

【０００５】つぎに水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に
より異方性エッチングを行い、図６Ｄに示すダイアフラ
ム５を形成する。その後、図６Ｅに示すように不要なＳ
ｉＮ膜６を除去する。

【０００６】ここで、異方性エッチングを詳細に説明す
る。７は８０℃に保持された湯洗機、８は湯洗機７に投
入されたテフロンビーカ、９はテフロンビーカ８中の２
０％ＫＯＨ水溶液である。

【０００７】そして、パターン形成済みのウエハをテフ
ロンビーカ８の中に投入すると、約１μｍ／分のエッチ
ングレートでＳｉ基板１がエッチングされ、所定の時間
その中に投入しておくことにより、目標の厚みをもつダ
イアフラム構造ができあがる。

【０００８】しかし、この方法では、必ず±３μｍの厚
みのばらつきを生じ、このばらつきができあがった半導
体圧力センサの特性のばらつきとなるため、この方法で
ダイアフラム５の厚みの薄いものを製造するのは実用的
ではない。

【０００９】そこで、電気化学エッチングストップ法に
よる製造方法が行われており、この製造方法を図８及び
図９を参照して説明する。それらの図において図５ない
し図７と同一符号は同一もしくは相当するものを示す。

【００１０】１０はＳｉ基板１の一面に形成されたｎ型
Ｓｉエピタキシャル結晶成長層、１１は結晶成長層１０
上のウエハ端部に形成された外部取出電極である。

【００１１】そして、図８Ａに示すように、ｐ型Ｓｉ基
板１の一面に目標の厚みとなるｎ型Ｓｉエピタキシャル
結晶成長層１０を形成し、さらにＳｉ基板１の両面にＳ
ｉＯ₂ 膜２を形成する。つぎに図８Ｂに示すように、エ
ッチングのマスクとなるＳｉＮ膜６をＣＶＤ法により膜
付けし、図８Ｃに示すように、フォトリソグラフィ技術
によりＳｉＮ膜６を所定のパターンに形成する。つぎに
図８Ｄに示すように１％Ｓｂ入りＡｕを蒸着し、フォト
リソグラフィ技術によりウエハ周辺に電気化学エッチン
グストップ法に用いる外部取出電極１１を形成する。そ
して、図８Ｅに示すようにＫＯＨ水溶液中での電気化学
エッチングストップ法による異方性エッチングを行い、
ダイアフラム５を形成する。その後、図８Ｆに示すよう
に、不要なＳｉＮ膜６を除去する。

【００１２】つぎに、電気化学エッチングストップ法を
詳細に説明する。１２はパターン形成済みのウエハを固
定する封止治具、１３及び１４はテフロンビーカ８中の
３０％ＫＯＨ水溶液に投入された塩化銀基準電極及びエ
ッチング用電極となるＰｔ電極、１５はポテンシオスタ
ットと呼ばれる電圧調整器であり、前記両電極１３，１
４が接続されている。

【００１３】そして、湯洗機７により６５℃に保持し、
封止治具１２に固定されたウエハをテフロンビーカ８の
中に投入し、外部取出電極１１を陽極，Ｐｔ電極１４を
陰極として直流電圧を印加すると、約１μｍ／分のエッ
チングレートでＳｉ基板１がエッチングされ、ｐｎ接合
面に達すると、外部取出電極１１から被エッチング面に
向かって急激に電流が流れ、ダイアフラム５のエッチン
グ面，即ちｐｎ接合面に陽極酸化膜が形成され、この陽
極酸化膜によりエッチングがストップする。この場合、
ダイアフラムの厚みのばらつきは±１μｍである。

【００１４】さらに、他の従来例として特公平３−４０
９５９号公報（Ｈ０１Ｌ ２９／８４）に記載の製造方
法は、高不純物濃度のシリコン基板の一面に低不純物濃
度層を形成し、この低不純物濃度層にゲージ抵抗を形成
し、基板の他面にＳｉＯ₂ 膜とクロムを含む金合金膜を
形成し、電気化学エッチングストップ法によりダイアフ
ラムを形成している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の図９に示す電気
化学エッチングストップ法による製造方法では、２５μ
ｍ以下の厚みのダイアフラムを形成する場合、ウエハ端
部の外部取出電極１１から各素子のダイアフラム５への
距離が大になるにつれ、エピタキシャル結晶成長層１０
自身が抵抗体となり、電圧降下を生じ、陽極酸化に必要
な電流を流すことができなくなり、エッチングがストッ
プしなくなり、所望の厚みのダイアフラム５が得られな
いという問題点がある。

【００１６】また、特公平３−４０９５９の電気化学エ
ッチングストップ法による製造方法では、Ｓｉ基板の１
カ所のみに電圧を印加しているため、個々の素子に電圧
が印加されておらず、Ｓｉ基板内で電圧を印加した所か
らの距離が大になるにつれて電圧降下が生じ、各素子の
ダイアフラムの厚みを均一に形成することができないと
いう問題点がある。本発明は、前記の点に留意し、各チ
ップ毎のダイアフラムを所望の厚みに均一に形成できる
半導体力センサの製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の半導体力センサの製造方法は、シリコン基
板の一面にエピタキシャル結晶成長層を形成する工程
と、基板の両面に２層の保護膜を形成する工程と、両２
層の保護膜に所定のパターンを形成し結晶成長層上のウ
エハ端部に外部取出電極，チップ上面の周囲に金属また
は低抵抗半導体からなる伝導体を形成し，外部取出電極
と伝導体とを接続する工程と、基板をエッチング液に浸
漬し，電極，伝導体を陽極，エッチング用電極を陰極と
して直流電圧を印加してエッチングし，基板と結晶成長
層の境界面でエッチングの進行を停止してチップ毎にダ
イアフラムを形成する工程と、結晶成長層に不純物を拡
散してゲージ抵抗を形成する工程とを備えたものであ
る。また、外部取出電極，金属からなる伝導体の表面を
金としたものである。

【００１８】

【作用】前記のように構成された本発明の半導体力セン
サの製造方法は、シリコン基板の一面にエピタキシャル
結晶成長層を形成し、結晶成長層上のウエハ端部に外部
取出電極，チップ上面の周囲に金属または低抵抗半導体
からなる伝導体を形成し、外部取出電極と伝導体を接続
するようにしたため、ダイアフラムへの距離がウエハ周
辺からではなくチップ周辺からであり、その距離が極端
に小となり、伝導体から陽極酸化に必要な電流が供給さ
れ、結晶成長層自体の抵抗体による電圧降下が無視で
き、基板と結晶成長層との接合面でエッチングストップ
が可能となり、ダイアフラムが所望の厚みに均一に形成
でき、センサの特性のばらつきが小さくなり、歩留まり
が向上する。

【００１９】また、伝導体はチップを分離するときの目
印となり、チップ分離時の作業性が向上する。

【００２０】さらに、外部取出電極，金属からなる伝導
体の表面を金とすることにより、酸，アルカリに耐性が
あり、ＫＯＨ水溶液に浸されない。

【００２１】

【実施例】１実施例について図１ないし図３を参照して
説明する。それらの図において、図５ないし図９と同一
符号は同一もしくは相当するものを示し、図８及び図９
と異なる点は、チップ上面の周囲に金属からなる伝導体
１６を形成した点であり、つぎに製造方法について説明
する。

【００２２】図１Ａ〜Ｃの製造工程は従来例の図８Ａ〜
Ｃの製造工程と同一であり、図１Ｄに示すように、結晶
成長層１０上にＣｒ１００ｎｍ、Ａｕ３００ｎｍを蒸着
し、フォトリソグラフィ技術により、結晶成長層１０上
のウエハ端部に外部取出電極１１，チップ上面の周囲に
伝導体１６を形成し、つぎに図１Ｅに示すように、従来
例と同様に電気化学エッチングストップ法によりダイア
フラム５を形成し、その後、図１Ｆに示すように、不要
なＳｉＮ膜６を除去する。

【００２３】つぎに他の実施例について図４を参照して
説明する。同図において、図１及び図２と同一符号は同
一もしくは相当するものを示し、図１と異なる点は金属
からなる伝導体１６が低抵抗半導体からなる伝導体であ
る点であり、図４Ｃまでは図１と同様の工程であり、図
４Ｄに示すように、結晶成長層１０上にイオン注入を行
いｎ⁺ 層の伝導体１７を形成する。そして、図４Ｅに示
すように、結晶成長層１０上のＳｉＯ₂ 膜２，ＳｉＮ膜
６を除去し、その後、図４Ｆに示すように、再度ＳｉＯ
₂ 膜２を伝導体１７上に積層し、電気化学エッチングス
トップ法によりダイアフラム５を形成し、不要なＳｉＮ
膜６を除去する。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、つぎに記載する効果を奏する。本発明の半
導体力センサの製造方法は、シリコン基板１の一面にエ
ピタキシャル結晶成長層１０を形成し、結晶成長層１０
上のウエハ端部に外部取出電極１１，チップ上面の周囲
に金属または低抵抗半導体からなる伝導体１６，１７を
形成し、外部取出電極１１と伝導体１６，１７を接続す
るようにしたため、ダイアフラム５への距離が従来のウ
エハ周辺からであるのに比し、チップ周辺からとなり、
その距離がきわめて小であり、伝導体１６，１７から陽
極酸化に必要な電流を供給することができ、結晶成長層
１０自体の抵抗体による電圧降下を無視することがで
き、基板１と結晶成長層１０との接合面でエッチングを
ストップすることができ、ダイアフラム５を所望の厚み
に均一に形成することができ、センサの特性のばらつき
を小さくすることができ、歩留まりを向上することがで
きる。

【００２５】また、伝導体１６，１７はチップを分離す
るときの目印となり、チップ分離時の作業性を向上する
ことができる。

【００２６】さらに、外部取出電極１１，金属からなる
伝導体１６の表面を金とすることにより、酸，アルカリ
に耐性があり、ＫＯＨ水溶液に侵されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ〜Ｆは本発明の１実施例の各工程図である。

【図２】本発明の１実施例の完成した状態の平面図であ
る。

【図３】本発明の１実施例の１工程の切断正面図であ
る。

【図４】Ａ〜Ｆは本発明の他の実施例の各工程図であ
る。

【図５】従来例の力センサの一部破断斜視図である。

【図６】Ａ〜Ｅは従来例の各工程図である。

【図７】従来例の１工程の切断正面図である。

【図８】Ａ〜Ｆは他の従来例の各工程図である。

【図９】他の従来例の１工程の切断正面図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ ＳｉＯ₂ 膜 ３ ゲージ抵抗 ５ ダイアフラム ６ ＳｉＮ膜 １０ 結晶成長層 １１ 外部取出電極 １６ 伝導体 １７ 伝導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板の一面にエピタキシャル結
   晶成長層を形成する工程と、 前記基板の両面に２層の保護膜を形成する工程と、 前記両２層の保護膜に所定のパターンを形成し前記結晶
   成長層上のウエハ端部に外部取出電極，チップ上面の周
   囲に金属または低抵抗半導体からなる伝導体を形成し，
   前記外部取出電極と前記伝導体とを接続する工程と、 前記基板をエッチング液に浸漬し，前記電極，前記伝導
   体を陽極，エッチング用電極を陰極として直流電圧を印
   加してエッチングし，前記基板と前記結晶成長層の境界
   面でエッチングの進行を停止してチップ毎にダイアフラ
   ムを形成する工程と、 前記結晶成長層に不純物を拡散してゲージ抵抗を形成す
   る工程とを備えた半導体力センサの製造方法。
2. 【請求項２】 外部取出電極，金属からなる伝導体の表
   面が金である請求項１記載の半導体力センサの製造方
   法。