【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体分離構造のウェ
ハを用いた半導体圧力センサとその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pressure sensor using a wafer having a dielectric isolation structure and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、誘電体分離構造のウェハを用
いて形成される半導体圧力センサが知られている。例え
ば、誘電体分離構造のウェハとして、シリコン基板上に
シリコン酸化膜を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ
（Ｓilicon Ｏn Ｉnsulator）ウェハが用いられる。
このＳＯＩウェハのシリコン基板を異方性エッチングに
より所定の深さまでエッチングして薄肉のダイヤフラム
部を形成し、そのダイヤフラム部のシリコン層にゲージ
抵抗（ピエゾ抵抗）となる拡散抵抗層を形成することに
より、圧力センサが得られる。2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor pressure sensor formed by using a wafer having a dielectric isolation structure has been known. For example, as a wafer having a dielectric isolation structure, an SOI in which a silicon layer is formed on a silicon substrate via a silicon oxide film.
A (Silicon On Insulator) wafer is used.
By etching the silicon substrate of this SOI wafer to a predetermined depth by anisotropic etching to form a thin diaphragm portion, and forming a diffusion resistance layer which becomes a gauge resistance (piezo resistance) in the silicon layer of the diaphragm portion. , A pressure sensor is obtained.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この種の半導体圧力セ
ンサは、薄肉ダイヤフラム部の圧力による変形を利用し
て、圧力−電気変換を行う。従って過大な圧力が加わる
と薄肉ダイヤフラム部にクラックが入ったり、或いは破
損してセンサとして使用できなくなる。特に微小圧力を
測定するセンサでは、薄肉ダイヤフラム部の厚みが数μ
m 〜数十μm と非常に薄いものもあり、過大圧力に対す
る信頼性が低くなる。This type of semiconductor pressure sensor utilizes pressure deformation of the thin diaphragm portion to perform pressure-electricity conversion. Therefore, when excessive pressure is applied, the thin diaphragm portion is cracked or damaged and cannot be used as a sensor. Especially for sensors that measure very small pressures, the thickness of the thin diaphragm is several μm.
Some of them are very thin, from m to several tens of μm, and their reliability against overpressure is low.
【０００４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、過大圧力に対する信頼性向上を図った半導体圧力
センサとその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor pressure sensor and a method of manufacturing the same for improving reliability against excessive pressure.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板に
絶縁膜を介して半導体層が形成された誘電体分離構造の
ウェハに薄肉ダイヤフラム部が形成され、この薄肉ダイ
ヤフラム部の半導体層にゲージ抵抗となる拡散抵抗層が
形成された半導体圧力センサにおいて、前記薄肉ダイヤ
フラム部には、その半導体層の下に前記絶縁膜が除去さ
れて形成された空間を介して、撓みを制限するためのス
トッパが設けられていることを特徴としている。According to the present invention, a thin diaphragm portion is formed on a wafer having a dielectric isolation structure in which a semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate via an insulating film, and a gauge is formed on the semiconductor layer of the thin diaphragm portion. In a semiconductor pressure sensor in which a diffusion resistance layer serving as a resistance is formed, a stopper for limiting flexure is provided in the thin diaphragm portion through a space formed by removing the insulating film under the semiconductor layer. Is provided.
【０００６】本発明はまた、半導体基板に絶縁膜を介し
て半導体層が形成された誘電体分離構造のウェハを用い
た半導体圧力センサを製造するに際して、半導体基板を
裏面から異方性エッチングして前記絶縁膜の下に所定厚
みの基板をストッパとして残して薄肉ダイヤフラム部を
加工し、前記ストッパの一部に開口をエッチング形成
し、形成された開口を介して前記絶縁膜を前記薄肉ダイ
ヤフラム径を決定する距離まで横方向にエッチング除去
し、前記半導体層にゲージ抵抗となる拡散抵抗層を形成
することを特徴としている。Further, according to the present invention, when manufacturing a semiconductor pressure sensor using a wafer having a dielectric isolation structure in which a semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate via an insulating film, the semiconductor substrate is anisotropically etched from the back surface. A thin diaphragm portion is processed by leaving a substrate having a predetermined thickness as a stopper under the insulating film, an opening is formed by etching in a part of the stopper, and the insulating film is formed through the formed opening to reduce the thin diaphragm diameter. It is characterized in that a diffusion resistance layer serving as a gauge resistance is formed in the semiconductor layer by etching away to a determined distance in the lateral direction.
【０００７】[0007]
【作用】本発明の構造によると、誘電体分離構造ウェハ
を用いた半導体圧力センサの薄肉ダイヤフラム部の直下
にストッパが設けられて、過大圧力が加わったときの薄
肉ダイヤフラム部の撓みが制限され、従って薄肉ダイヤ
フラム部の損傷が防止されて、信頼性向上が図られる。
また本発明の方法によると、比較的簡単な選択エッチン
グ工程の組合わせによって、薄肉ダイヤフラム部の直下
にその撓みを制限するストッパを形成することができ
る。According to the structure of the present invention, the stopper is provided immediately below the thin diaphragm portion of the semiconductor pressure sensor using the dielectric isolation structure wafer, and the deflection of the thin diaphragm portion when an excessive pressure is applied is limited. Therefore, damage to the thin diaphragm portion is prevented, and reliability is improved.
Further, according to the method of the present invention, the stopper for limiting the deflection can be formed immediately below the thin diaphragm portion by a combination of relatively simple selective etching steps.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明の一実施例に係る半導体圧力
センサの断面構造である。この実施例の半導体圧力セン
サは、誘電体分離構造のウェハとして、単結晶シリコン
基板１にシリコン酸化膜２を介してシリコン層３が形成
されたＳＯＩウェハを用いている。ＳＯＩウェハの製法
は後述するように種々あるが、如何なる方法を用いても
よい。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional structure of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention. The semiconductor pressure sensor of this embodiment uses an SOI wafer in which a silicon layer 3 is formed on a single crystal silicon substrate 1 via a silicon oxide film 2 as a wafer having a dielectric isolation structure. There are various methods for manufacturing an SOI wafer as described later, but any method may be used.
【０００９】この様なＳＯＩウェハのシリコン基板１を
裏面から異方性エッチングして、薄肉ダイヤフラム部４
が形成されている。薄肉ダイヤフラム部４は、シリコン
層３の直下のシリコン酸化膜２がエッチング除去されて
空間が形成されており、その下にはシリコン基板１の一
部がシリコン層３の撓みを制限するためストッパ６とし
て残されている。シリコン層３とストッパ６の間の空間
ギャップは、１μm 以上、好ましくは１〜１０μm 程度
とする。ストッパ６の中央部には、開口７が開けられて
いる。この開口７は、ダイヤフラム部４のシリコン層３
直下のシリコン酸化膜２をエッチング除去するために設
けられたものである。The silicon substrate 1 of such an SOI wafer is anisotropically etched from the back surface to form a thin diaphragm portion 4
Are formed. In the thin diaphragm portion 4, the silicon oxide film 2 immediately below the silicon layer 3 is removed by etching to form a space, and a part of the silicon substrate 1 limits the flexure of the silicon layer 3 thereunder, so that a stopper 6 is formed. It is left as. The space gap between the silicon layer 3 and the stopper 6 is 1 μm or more, preferably about 1 to 10 μm. An opening 7 is opened in the center of the stopper 6. This opening 7 is formed in the silicon layer 3 of the diaphragm portion 4.
It is provided to remove the silicon oxide film 2 immediately below by etching.
【００１０】薄肉ダイヤフラム部４は図示のように、そ
の周辺がシリコン酸化膜２を介して基板１に支持された
状態となっている。そして、この薄肉ダイヤフラム部４
のシリコン層３の表面に、ゲージ抵抗である拡散抵抗層
５が所定パターンで所定の方向を向いて形成されてい
る。この実施例においてダイヤフラム径を決定している
のは、実際には、基板１を異方性エッチングして得られ
る凹部ではなく、シリコン酸化膜２である。As shown in the figure, the thin diaphragm portion 4 is in a state in which the periphery thereof is supported by the substrate 1 via the silicon oxide film 2. And this thin diaphragm part 4
On the surface of the silicon layer 3, a diffusion resistance layer 5 which is a gauge resistance is formed in a predetermined pattern in a predetermined direction. In this embodiment, the diaphragm diameter is actually determined by the silicon oxide film 2 rather than the concave portion obtained by anisotropically etching the substrate 1.
【００１１】図２は、図１の半導体圧力センサの具体的
な製造工程断面図である。まず図２(a) に示すように、
シリコン基板１にシリコン酸化膜２を介してシリコン層
３が形成されたＳＯＩウェハを形成する。これは例え
ば、鏡面研磨された２枚のシリコン単結晶基板を、その
一方の研磨面に熱酸化等によりシリコン酸化膜を形成し
た状態で接着し、その一方の基板を活性層として必要な
厚みになるまで研磨，エッチングして得られる。活性層
として残されたのが、図２(a) のシリコン層３である。FIG. 2 is a sectional view of a specific manufacturing process of the semiconductor pressure sensor of FIG. First, as shown in Fig. 2 (a),
An SOI wafer is formed in which a silicon layer 3 is formed on a silicon substrate 1 with a silicon oxide film 2 interposed therebetween. This is done, for example, by bonding two mirror-polished silicon single crystal substrates with a silicon oxide film formed on one of the polished surfaces by thermal oxidation or the like, and making one of the substrates have a required thickness as an active layer. It is obtained by polishing and etching until it is finished. The remaining active layer is the silicon layer 3 in FIG. 2 (a).
【００１２】図２(a) のＳＯＩウェハの製造方法として
別の方法を用いることもできる。例えば、単結晶シリコ
ン基板上に熱酸化等によりシリコン酸化膜を形成した
後、更にその上にＣＶＤ法により多結晶シリコン層を堆
積する。そして多結晶シリコン層側を図２(a) のシリコ
ン基板１として、出発基板として用いた単結晶シリコン
基板側を所定厚みエッチングして、これを活性層とし
て、即ち図２(a) のシリコン層３として所定厚み残す。Another method can be used as a method for manufacturing the SOI wafer of FIG. 2 (a). For example, after a silicon oxide film is formed on a single crystal silicon substrate by thermal oxidation or the like, a polycrystalline silicon layer is further deposited thereon by the CVD method. The polycrystalline silicon layer side is used as the silicon substrate 1 of FIG. 2 (a), the single crystal silicon substrate side used as the starting substrate is etched to a predetermined thickness, and this is used as an active layer, that is, the silicon layer of FIG. 2 (a). A predetermined thickness is left as 3.
【００１３】次に、この様にして得られたＳＯＩウェハ
のシリコン基板１を、図２(b) に示すように、シリコン
酸化膜１１またはシリコン窒化膜をマスクとして用いて
ＫＯＨ液により異方性エッチングして、薄肉ダイヤフラ
ム部４を加工する。この時薄肉ダイヤフラム部４には、
シリコン基板１の一部を所定厚みストッパ６として残
す。なおストッパ６の厚みを正確に出すためには、エッ
チング終点の制御が大切である。このエッチング制御の
ためには例えば、シリコン基板１を（１００）面とし
て、予めストッパ６の部分を張り合わせにより（１１
１）シリコンとしておくこと等が考えられる。Next, the silicon substrate 1 of the SOI wafer thus obtained is anisotropy with a KOH solution using a silicon oxide film 11 or a silicon nitride film as a mask, as shown in FIG. 2 (b). The thin diaphragm portion 4 is processed by etching. At this time, the thin diaphragm part 4
A part of the silicon substrate 1 is left as a stopper 6 having a predetermined thickness. It is important to control the etching end point in order to accurately obtain the thickness of the stopper 6. In order to control this etching, for example, the silicon substrate 1 is used as the (100) plane, and the stopper 6 is previously bonded by (11).
1) It may be possible to use silicon.
【００１４】続いて、図２(c) に示すように、例えばリ
ソグラフィによるレジスト等のマスク１２をパターン形
成して、ＲＩＥ法等によりストッパ６として残されたシ
リコン基板領域中央部に開口７をエッチング加工する。Then, as shown in FIG. 2C, a mask 12 such as a resist is formed by lithography, for example, and an opening 7 is etched in the central portion of the silicon substrate region left as a stopper 6 by the RIE method or the like. To process.
【００１５】次に、図２(d) に示すように、ストッパ６
に形成された開口７を通して、弗酸等を用いた溶液エッ
チングによりシリコン酸化膜２をエッチングする。この
時、シリコンとシリコン酸化膜とのエッチング選択比は
十分大きくとれるから、エッチング時間を選ぶことによ
り、開口７に露出したシリコン酸化膜２を厚み方向だけ
でなく横方向に所定距離エッチングして、薄肉ダイヤフ
ラム部４として必要な範囲のシリコン層３の下に空間を
形成する。このシリコン酸化膜２の横方向エッチングの
距離により実際のダイヤフラム径が決定される。Next, as shown in FIG. 2 (d), the stopper 6
The silicon oxide film 2 is etched by solution etching using hydrofluoric acid or the like through the opening 7 formed in. At this time, since the etching selection ratio between silicon and the silicon oxide film can be made sufficiently large, by selecting the etching time, the silicon oxide film 2 exposed in the opening 7 is etched not only in the thickness direction but also in the lateral direction by a predetermined distance. A space is formed below the silicon layer 3 in a range necessary for the thin diaphragm portion 4. The actual diaphragm diameter is determined by the lateral etching distance of the silicon oxide film 2.
【００１６】こうしてダイヤフラム部のシリコン層３の
下に所定幅の空間をおいてストッパ６が配置された状態
を形成した後、図１に示すようにシリコン層３の表面に
拡散抵抗層７を形成して、半導体圧力センサが完成す
る。In this way, after forming the state in which the stopper 6 is arranged under the silicon layer 3 of the diaphragm portion with a space of a predetermined width, the diffusion resistance layer 7 is formed on the surface of the silicon layer 3 as shown in FIG. Then, the semiconductor pressure sensor is completed.
【００１７】この実施例によれば、薄肉ダイヤフラム部
４のシリコン層３の下にストッパ６が設けられているか
ら、過大圧力がかかったときにシリコン層３の撓みがス
トッパ６により制限され、損傷が防止される。シリコン
層３とストッパ６間には１〜１０μm のギャップがあ
り、シリコン層３の変形による圧力検出機能に支障はな
い。シリコン層３とストッパ６の間のギャップは、シリ
コン酸化膜２の厚みにより決定されるから、シリコン酸
化膜２の厚みを設定することによってこのギャップを任
意に設定することができる。例えば、微小圧力の測定を
目的とするセンサの場合には、シリコン層３が薄いもの
となるが、これに応じてシリコン酸化膜２の厚みを薄く
すれば、ストッパ６の機能を十分なものとすることがで
きる。またこの実施例の方法は、基本的に選択エッチン
グ技術の組み合わせであり、比較的簡単に優れた制御性
を持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。According to this embodiment, since the stopper 6 is provided below the silicon layer 3 of the thin diaphragm portion 4, the bending of the silicon layer 3 is restricted by the stopper 6 when an excessive pressure is applied, and the stopper 6 is damaged. Is prevented. Since there is a gap of 1 to 10 μm between the silicon layer 3 and the stopper 6, the pressure detection function due to the deformation of the silicon layer 3 is not hindered. Since the gap between the silicon layer 3 and the stopper 6 is determined by the thickness of the silicon oxide film 2, this gap can be set arbitrarily by setting the thickness of the silicon oxide film 2. For example, in the case of a sensor for measuring a minute pressure, the silicon layer 3 is thin, but if the thickness of the silicon oxide film 2 is reduced accordingly, the function of the stopper 6 will be sufficient. can do. In addition, the method of this embodiment is basically a combination of selective etching techniques, and it is possible to obtain a highly reliable semiconductor pressure sensor with excellent controllability relatively easily.
【００１８】図３は、本発明の別の実施例の半導体圧力
センサの断面図である。図１の実施例と対応する部分に
は、図１と同一符号を付して詳細な説明は省略する。図
１の実施例ではストッパ６として基板１の一部を用いた
のに対して、この実施例では、基板１とは別の絶縁材料
例えば、シリコン窒化膜によるストッパ２１を形成して
いる。この実施例の構造は、シリコン窒化膜／シリコン
酸化膜の積層絶縁膜を持つＳＯＩウェハを用いて、先の
実施例とほぼ同様の工程で製造することができる。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor pressure sensor according to another embodiment of the present invention. The parts corresponding to those in the embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted. While a part of the substrate 1 is used as the stopper 6 in the embodiment of FIG. 1, the stopper 21 made of an insulating material different from that of the substrate 1, for example, a silicon nitride film is formed in this embodiment. The structure of this embodiment can be manufactured by using an SOI wafer having a laminated insulating film of a silicon nitride film / silicon oxide film and in a process substantially similar to that of the previous embodiment.
【００１９】この実施例では、最初に異方性エッチング
により基板をエッチングしてダイヤフラムを加工する際
に、シリコン窒化膜がエッチングストッパとなる。ま
た、先の実施例では撓みを制限するストッパ６の厚み
が、基板１のエッチングにより決まるのに対して、この
実施例ではシリコン窒化膜の膜形成条件によってストッ
パ２１の厚みが決まる。従ってこの実施例の方がエッチ
ングの制御性の点で先の実施例より優れている。In this embodiment, the silicon nitride film serves as an etching stopper when the substrate is first etched by anisotropic etching to process the diaphragm. Further, in the previous embodiment, the thickness of the stopper 6 that limits the bending is determined by the etching of the substrate 1, whereas in this embodiment, the thickness of the stopper 21 is determined by the film forming conditions of the silicon nitride film. Therefore, this embodiment is superior to the previous embodiments in terms of etching controllability.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、過
大圧力が加わった時のダイヤフラム部の撓みを制限する
ストッパ層を設けることにより信頼性向上を図った半導
体圧力センサを提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor pressure sensor with improved reliability by providing a stopper layer for limiting the deflection of the diaphragm portion when an excessive pressure is applied. it can.
【図１】 本発明の一実施例に係る半導体圧力センサの
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
【図２】 同実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the example.
【図３】 本発明の他の実施例の半導体圧力センサの断
面図である。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor pressure sensor of another embodiment of the present invention.
１…単結晶シリコン基板、２…シリコン酸化膜、３…シ
リコン層、４…薄肉ダイヤフラム部、５…拡散抵抗層、
６…ストッパ、７…開口、１１…シリコン酸化膜、１２
…マスク、２１…ストッパ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal silicon substrate, 2 ... Silicon oxide film, 3 ... Silicon layer, 4 ... Thin diaphragm part, 5 ... Diffusion resistance layer,
6 ... Stopper, 7 ... Opening, 11 ... Silicon oxide film, 12
... mask, 21 ... stopper.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2626493AJPH06221945A (en) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | Semiconductor pressure sensor and manufacture thereof |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2626493AJPH06221945A (en) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | Semiconductor pressure sensor and manufacture thereof |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06221945Atrue JPH06221945A (en) | 1994-08-12 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2626493APendingJPH06221945A (en) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | Semiconductor pressure sensor and manufacture thereof |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06221945A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100855603B1 (en)* | 2005-03-18 | 2008-09-01 | 전자부품연구원 | Tactile sensor and manufacturing method |
| JP2008536697A (en)* | 2005-02-03 | 2008-09-11 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Micromachining type component and corresponding manufacturing method |
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| CN102259820B (en)* | 2010-05-27 | 2013-12-18 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Cavity structure, manufacturing method of cavity structure and manufacturing method of pressure-sensitive sensor |
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