JP3555364B2

JP3555364B2 - 半導体圧力センサの製造方法

Info

Publication number: JP3555364B2
Application number: JP34477996A
Authority: JP
Inventors: 敦史石上; 正美堀; 隆司西條; 山口周一郎; 万士片岡
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH10185720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食性を有する流体、すなわち気体又は液体の圧力を測定する半導体圧力センサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体圧力センサの製造方法として、図２に示す製造法が存在する。この製造法は、先ず、導電型がＰ型で圧力による抵抗変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗Ａ１と、そのピエゾ抵抗Ａ１と接続して導電型がＰ＋型で電気伝導度の良好な導電部Ａ２とが、シリコン基板Ａの一面側へ形成される（ａ）。そして、耐エッチング膜Ａ３がシリコン基板Ａの両面に形成され、他面側の耐エッチング膜Ａ３をピエゾ抵抗Ａ１の対応位置にて除去し、その除去部から異方性エッチングし、底部に有した断面台形状の凹部Ａ４を形成して、底部を受圧面Ａ５とするダイアフラム部Ａ６が形成され、測定対象である流体の圧力を受圧面Ａ５にて受圧して撓む（ｂ）。
【０００３】
次いで、シリコン基板Ａの他面側における耐エッチング膜Ａ３を除去し（ｃ）、さらにシリコン基板Ａに形成された酸化珪素膜Ａ７を除去し（ｄ）、アルミニウムの金属からなる金属配線部Ｂが、導電部Ａ２を介してピエゾ抵抗Ａ１と電気的に接続するよう、シリコン基板Ａの一面側へ形成される（ｅ）。次いで、酸化珪素膜からなる保護膜Ｃが化学的蒸着法、いわゆるＣＶＤ法を用いて受圧面Ａ５及びシリコン基板の他面に形成され、ダイアフラム部Ａ６の受圧面Ａ５を保護する（ｆ）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の半導体圧力センサの製造方法では、ダイアフラム部Ａ６を保護する保護膜Ｃが受圧面Ａ５に形成されて、腐食性を有する流体の圧力を測定する半導体圧力センサを製造できる。
【０００５】
しかしながら、ピエゾ抵抗Ａ１と電気的に接続した金属配線部Ｂを形成した後、ダイアフラム部Ａ６の受圧面Ａ５を保護する保護膜Ｃを形成するから、金属配線部Ｂは保護膜Ｃ形成時の熱に起因する酸化等のダメージを受けて形状精度が劣化する。さらに、酸化珪素膜からなる保護膜Ｃがシリコン基板Ａを所定温度で熱処理することによって密度の高い状態で得られるが、このとき、熱処理時の所定温度がアルミニウムの融点よりも高く、金属配線部Ｂが溶融してしまう。したがって、保護膜Ｃを熱処理法ではなくＣＶＤ法を用いて形成せざるを得ず、そのＣＶＤ法では保護膜Ｃは空隙を形成して、密度の低いものとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、空隙なく密度の高い状態で保護膜を形成して、受圧面を腐食性流体から保護できる半導体圧力センサの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、請求項１記載の半導体圧力センサの製造方法は、圧力による抵抗変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗がシリコン基板の一面側へ形成されるピエゾ抵抗形成工程と、シリコン基板の両面に形成された耐エッチング膜を他面側におけるピエゾ抵抗対応位置にて除去し、異方性エッチングし断面台形状の凹部を形成して、測定対象である流体の圧力を受圧する受圧面を有したダイアフラム部を形成するダイアフラム部形成工程と、耐エッチング膜を除去し、所定温度で熱処理してダイアフラム部の受圧面を保護する保護膜がその受圧面及びシリコン基板の他面に形成される保護膜形成工程と、金属からなりピエゾ抵抗と電気的に接続した金属配線部がシリコン基板の一面側へ形成される金属配線部形成工程と、有する構成にしてある。
【０００８】
請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項１記載の製造方法において、前記金属配線部における金属が、前記所定温度未満の融点を有する構成にしてある。
【０００９】
請求項３記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項２記載の製造方法において、前記保護膜が酸化珪素であるとともに、前記金属配線部の金属がアルミニウムである構成にしてある。
【００１０】
請求項４記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項３記載の製造方法において、軸孔を設けたガラス台座のメタライズされた一方面を、その軸孔及び前記ダイアフラム部の互いの位置を対応した状態で、シリコン基板の他面側と接合するガラス台座接合工程が金属配線部形成工程に次いで設けられるとともに、前記保護膜は膜厚が０．１乃至０．５ミクロンメートルに形成された構成にしてある。
【００１１】
請求項５記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項乃至３記載の製造方法において、軸孔を設けたガラス台座のメタライズされた一方面を、その軸孔及び前記ダイアフラム部の互いの位置を対応した状態で、前記保護膜が除去された前記シリコン基板の他面と接合するガラス台座接合工程が、前記金属配線部形成工程に次いで設けられた構成にしてある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１に基づいて以下に説明する。先ず、導電型がＮ型で一面１１及び他面１２を有したシリコン基板１を熱酸化して酸化珪素膜１３を形成し、その酸化珪素膜１３を所定位置にて除去しボロンを拡散して、導電型がＰ＋型で電気伝導度の良好な導電部１４を、シリコン基板１の一面１１側にて中央に対して両側へそれぞれ形成する。次いで、ピエゾ抵抗形成工程において、酸化珪素膜１３を両導電部１４と接続する所定位置にて除去しボロンを拡散することによって、導電型をＰ型とするピエゾ抵抗１５がシリコン基板１の一面１１側へ形成され、圧力による抵抗変化を電気信号に変換する（ａ）。
【００１３】
次いで、ダイアフラム部形成工程において、窒化珪素からなる耐エッチング膜１６が化学的蒸着法、いわゆるＣＶＤ法を用いてシリコン基板１の両面１１，１２に形成され、他面１２側の耐エッチング膜１６を通常のフォトリソグラフィー又はエッチングでもって、ピエゾ抵抗１５の対応位置にて除去し除去部を形成する。耐エッチング膜１６をマスクとしてＫＯＨ溶液でもって、除去部から異方性エッチングして、一面１１側へ行くほど幅を狭くした断面台形状の凹部１７を形成し、凹部１７の底部を受圧面２１とするダイアフラム部２が形成されて、測定対象である流体の圧力を受圧面２１にて受圧して撓む（ａ）。そして、シリコン基板１の他面１２側における耐エッチング膜１６及び酸化珪素膜１３を除去する（ｂ）。
【００１４】
次いで、保護膜形成工程において、酸化珪素からなる保護膜１８がシリコン基板１を所定温度、すなわち摂氏約９００度で熱処理して、空隙なく密度の高い状態で、かつ０．３ミクロンメートルの膜厚でダイアフラム部２の受圧面２１及び他面１２に形成されて、受圧面２１を保護する（ｃ）。
【００１５】
次いで、金属配線部形成工程において、一面１１側の両導電部１４の対応位置１９にて酸化珪素膜１３及び耐エッチング膜１６を除去し（ｄ）、所定温度未満であって６６０度の融点を有する金属のアルミニウムをスパッタして、金属配線部３がピエゾ抵抗１５と導電部１４を介して電気的に接続した状態で、シリコン基板１の一面１１側へ形成される（ｅ）。
【００１６】
次いで、ガラス台座接合工程において、一方面４１を有したガラス台座４はパイレックスガラスにより、軸孔４２を設け、一方面４１が金属でメタライズされ、軸孔４２及びダイアフラム部２の互いの位置を対応した状態で、直流の高電圧を印加して接合する陽極接合でもって、一方面４１がシリコン基板１の他面１２側と接合される。ここで、保護膜１８は酸化珪素からなり、膜厚が０．３ミクロンメートルであって薄膜状に形成されているので、シリコン基板１の他面１２に形成された保護膜１８を除去することなく、シリコン基板１の他面１２側がガラス台座４の一方面４１と直接接合される（ｆ）。
【００１７】
ここで、保護膜１８の膜厚は０．１乃至０．５ミクロンメートルが適正であって、０．１ミクロンメートル未満であると腐食性流体から受圧面２１を保護する保護効果が小さくなり、０．５ミクロンメートルを越えると、シリコン基板１の他面１２側とガラス台座４の一方面４１との接合強度が劣化する。
【００１８】
このものの動作を説明する。測定対象である流体はガソリン蒸気等の腐食性を有し、圧力を持ってガラス台座４の軸孔４２に導入されて、ダイアフラム部２の受圧面２１がその流体の圧力を受圧する。受圧面２１が流体の圧力を負荷されると、ダイアフラム部２は流体の圧力と大気圧との差に比例して撓み、したがって、ダイアフラム部２に形成されたピエゾ抵抗１５は撓んで抵抗値がその撓みの大きさに比例して変化し、この抵抗値を電気信号として導電部１４及び金属配線部３を介して端子（図示せず）に出力して、流体の圧力を測定する。ここで、ダイアフラム部２は、保護膜１８が空隙を形成することなく密度の高い状態で受圧面２１に形成されて、受圧面２１がその保護膜１８でもって保護されているので、ダイアフラム部２は測定する流体が腐食性であっても腐食されることがない。
【００１９】
かかる第１実施形態の半導体圧力センサの製造方法にあっては、上記したように、保護膜１８がシリコン基板１を所定温度で熱処理してダイアフラム部２の受圧面２１に形成された後、金属からなる金属配線部３がピエゾ抵抗１５を配設した一面１１側へ形成されたから、ダイアフラム部２が保護膜１８でもって保護されて、腐食性の流体であっても腐食されることなく、流体の圧力を測定できるとともに、金属配線部３が熱処理時の熱に起因する酸化等のダメージを受けることなく精度よく形成された半導体圧力センサを、安定して製造することができる。
【００２０】
また、金属配線部３の金属が所定温度未満の融点を有するから、金属の融点より高い所定温度で熱処理することによって、保護膜１８が従来困難であった空隙を形成することなく密度の高い状態で形成されて、ダイアフラム部２の受圧面２１が確実に保護される保護膜１８を形成できるとともに、高価な高融点金属を使用することなく金属配線部３を安価に形成することができる。
【００２１】
また、保護膜１８が酸化珪素であるとともに、金属配線部３がアルミニウムであるから、導電率が高くコストの安いアルミニウムでもって金属配線部３を形成できるとともに、アルミニウムの融点より高い所定温度で熱処理し酸化珪素からなる耐腐食性の良好な保護膜１８を形成して、ダイアフラム部２の受圧面２１が確実に保護される保護膜１８を形成することができる。
【００２２】
また、ガラス台座接合工程が金属配線部形成工程に次いで設けられるとともに、保護膜１８の膜厚が０．１乃至０．５ミクロンメートルであって薄膜状に形成されたから、シリコン基板１の他面１２に形成された保護膜１８を除去することなく、ガラス台座４の一方面４１をシリコン基板１の他面１２と直接接合して、容易に組立を行うことができる。
【００２３】
なお、第１実施形態では、金属配線部３の金属をアルミニウムとしたが、金属をアルミニウムではなく他の金属で金属配線部３を形成してもよく、限定されない。
【００２４】
本発明の第２実施形態を以下に説明する。なお、第２実施形態ではガラス台座接合工程のみが異なり、他の工程は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２５】
ガラス台座接合工程において、ダイアフラム部２の受圧面２１に耐エッチング性を有するレジスト膜を形成後エッチングし、シリコン基板１の他面１２に形成された保護膜１８を除去する。そして、軸孔４２を設けたガラス台座４を、軸孔４２及びダイアフラム部２の互いの位置を対応した状態で、直流の高電圧を印加して接合する陽極接合でもって、シリコン基板１の他面１２と接合する。
【００２６】
かかる第２実施形態の半導体圧力センサの製造方法にあっては、上記したように、シリコン基板１の他面１２の保護膜１８を除去し、保護膜１８が除去されたシリコン基板１の他面１２とガラス台座４の一方面４１とをそれぞれ接合するガラス台座接合工程が、金属配線部形成工程に次いで設けられたから、シリコン基板１の他面１２とガラス台座４の一方面４１とを強固に接合できるとともに、膜厚を厚くできるので保護膜１８の耐腐食性がさらに良好になって、ダイアフラム部２の受圧面２１を腐食から確実に保護する保護膜１８を形成することができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１記載の半導体圧力センサの製造方法は、保護膜がシリコン基板を所定温度で熱処理してダイアフラム部の受圧面に形成された後、金属からなる金属配線部がピエゾ抵抗を配設した一面側へ形成されたから、ダイアフラム部が保護膜でもって保護されて、腐食性の流体であっても腐食されることなく、流体の圧力を測定できるとともに、金属配線部が熱処理時の熱に起因する酸化等のダメージを受けることなく精度よく形成された半導体圧力センサを、安定して製造することができる。
【００２８】
請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項１記載の製造方法の効果に加えて、金属配線部の金属が所定温度未満の融点を有するから、金属の融点より高い所定温度で熱処理することによって、保護膜が空隙を形成することなく密度の高い状態で形成されて、ダイアフラム部の受圧面が確実に保護される保護膜を形成できるとともに、高価な高融点金属を使用することなく金属配線部を安価に形成することができる。。
【００２９】
請求項３記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項２記載の製造方法の効果に加えて、保護膜が酸化珪素であるとともに、金属配線部がアルミニウムであるから、導電率が高くコストの安いアルミニウムでもって金属配線部を形成できるとともに、アルミニウムの融点より高い所定温度で熱処理し酸化珪素からなる耐腐食性の良好な保護膜を形成して、ダイアフラム部の受圧面が確実に保護される保護膜を形成することができる。
【００３０】
請求項４記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項３記載の製造方法の効果に加えて、ガラス台座接合工程が金属配線部形成工程に次いで設けられるとともに、保護膜の膜厚が０．１乃至０．５ミクロンメートルであって薄膜状に形成されたから、シリコン基板の他面に形成された保護膜を除去することなく、ガラス台座の一方面をシリコン基板の他面と直接接合して、容易に組立を行うことができる。
【００３１】
請求項５記載の半導体圧力センサの製造方法は、請求項１乃至３記載の製造方法の効果に加えて、シリコン基板の他面の保護膜を除去し、保護膜が除去されたシリコン基板の他面とガラス台座の一方面とをそれぞれ接合するガラス台座接合工程が、金属配線部形成工程に次いで設けられたから、シリコン基板の他面とガラス台座の一方面とを強固に接合できるとともに、膜厚を厚くできるので保護膜の耐腐食性がさらに良好になって、ダイアフラム部の受圧面を腐食から確実に保護する保護膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す製造工程図である。
【図２】従来例を示す製造工程図である。
【符号の説明】
１シリコン基板
１１一面
１２他面
１５ピエゾ抵抗
１６耐エッチング膜
１７凹部
１８保護膜
２ダイアフラム部
２１受圧面
３金属配線部
４ガラス台座
４１一方面
４２軸孔

Claims

圧力による抵抗変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗がシリコン基板の一面側へ形成されるピエゾ抵抗形成工程と、
シリコン基板の両面に形成された耐エッチング膜を他面側におけるピエゾ抵抗対応位置にて除去し、異方性エッチングし断面台形状の凹部を形成して、測定対象である流体の圧力を受圧する受圧面を有したダイアフラム部を形成するダイアフラム部形成工程と、
耐エッチング膜を除去し、所定温度で熱処理してダイアフラム部の受圧面を保護する保護膜が、その受圧面及びシリコン基板の他面に形成される保護膜形成工程と、
金属からなりピエゾ抵抗と電気的に接続した金属配線部がシリコン基板の一面側へ形成される金属配線部形成工程と、有することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
前記金属配線部における金属が、前記所定温度未満の融点を有することを特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサの製造方法。
前記保護膜が酸化珪素であるとともに、前記金属配線部の金属がアルミニウムであることを特徴とする請求項２記載の半導体圧力センサの製造方法。
軸孔を設けたガラス台座のメタライズされた一方面を、その軸孔及び前記ダイアフラム部の互いの位置を対応した状態で、シリコン基板の他面側と接合するガラス台座接合工程が金属配線部形成工程に次いで設けられるとともに、前記保護膜は膜厚が０．１乃至０．５ミクロンメートルに形成されてなることを特徴とする請求項３記載の半導体圧力センサの製造方法。
軸孔を設けたガラス台座のメタライズされた一方面を、その軸孔及び前記ダイアフラム部の互いの位置を対応した状態で、前記保護膜が除去された前記シリコン基板の他面と接合するガラス台座接合工程が、前記金属配線部形成工程に次いで設けられたことを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体圧力センサの製造方法。