JP2009139341A - 圧力センサの製造方法、圧力センサ、半導体装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】CMOS回路との一体化が容易で生産性に優れ、キャビティを高い寸法精度で形成できる圧力センサの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板1上にパッド酸化膜12と窒化膜13とを順に形成し、空洞部形成領域A以外の窒化膜13をエッチングしてパッド酸化膜12を露出させる工程と、熱酸化膜14を形成する工程と、空洞部形成領域Aの窒化膜13とパッド酸化膜12を除去し、空洞部形成領域A上に犠牲層4を選択エピタキシャル成長させる工程と、熱酸化膜14を除去し、犠牲層4上に第2半導体層3を形成し、第2半導体層3をエッチングすることにより、犠牲層4が露出された内面を有する開口部8を形成する工程と、開口部8を介して犠牲層4をエッチングして空洞部5を形成する工程と、第2半導体層3上に絶縁膜2を形成して空洞部5を封止してダイアフラム6とする工程と、検出素子を設ける工程とを備える圧力センサの製造方法とする。
【選択図】図2
【解決手段】半導体基板1上にパッド酸化膜12と窒化膜13とを順に形成し、空洞部形成領域A以外の窒化膜13をエッチングしてパッド酸化膜12を露出させる工程と、熱酸化膜14を形成する工程と、空洞部形成領域Aの窒化膜13とパッド酸化膜12を除去し、空洞部形成領域A上に犠牲層4を選択エピタキシャル成長させる工程と、熱酸化膜14を除去し、犠牲層4上に第2半導体層3を形成し、第2半導体層3をエッチングすることにより、犠牲層4が露出された内面を有する開口部8を形成する工程と、開口部8を介して犠牲層4をエッチングして空洞部5を形成する工程と、第2半導体層3上に絶縁膜2を形成して空洞部5を封止してダイアフラム6とする工程と、検出素子を設ける工程とを備える圧力センサの製造方法とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、圧力センサの製造方法、圧力センサ、半導体装置、電子機器に関し、特に、CMOS回路との一体化が容易で、MEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスに好適に用いられる生産性に優れた圧力センサの製造方法に関する。
近年、半導体市場において、圧力センサや加速度センサ、ジャイロセンサ、共振器などのMEMSデバイスやNEMS(Nano Electro Mechanical Systems)デバイスの実用化が進められている。現在、加速度センサや、ジャイロセンサ、共振器などのMEMSデバイスでは、量産化が開始されている。しかし、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)と融合、あるいはCMOSと集積化されたMEMSデバイスにおいては、まだまだ課題が多く、様々な技術開発が進められている。
また、従来の半導体圧力センサは、一般に、基板上に半導体素子(ピエゾ抵抗素子)を形成した後に、裏面をエッチングしてダイアフラムを形成している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、裏面をエッチングしてダイアフラムを形成する技術を用いる場合、半導体圧力センサとCMOS回路との一体化が困難であった。このため、従来の半導体圧力センサとCMOS回路とが一体化されたデバイスは、2チップ構成とするか、あるいはシステムインパッケージ(SiP)手法による実装技術を用いて製造されていた。
しかしながら、裏面をエッチングしてダイアフラムを形成する技術を用いる場合、半導体圧力センサとCMOS回路との一体化が困難であった。このため、従来の半導体圧力センサとCMOS回路とが一体化されたデバイスは、2チップ構成とするか、あるいはシステムインパッケージ(SiP)手法による実装技術を用いて製造されていた。
裏面をエッチングすることなくダイアフラムを形成する方法としては、ダイアフラムを形成するための第1の基板と、凹部の設けられた第2の基板とを貼り合わせる方法(例えば、特許文献2参照)や、半導体基板に複数のトレンチを形成して熱処理することにより、複数のトレンチが形成された領域に空洞領域を形成する方法(例えば、特許文献3参照)などがある。
特開平5−114745号公報
特開平11−126910号公報
特開2002−5763号公報
しかしながら、従来の技術では、裏面をエッチングすることなくダイアフラムを形成する方法を用いた場合であっても、半導体圧力センサとCMOS回路とが一体化されたMEMSデバイスを製造する際の生産性を向上させることが要求されていた。
例えば、特許文献3に記載の技術では、半導体基板に複数のトレンチを形成するためのエッチングや熱処理に長い時間が必要であるため、生産性が低かった。また、特許文献3に記載の技術では、キャビティの寸法精度が低いことや、平面積の大きいキャビティの形成が困難であることなどにより、得られた圧力センサのダイナミックレンジやリニアリティなどの特性が十分に得られない場合があった。
例えば、特許文献3に記載の技術では、半導体基板に複数のトレンチを形成するためのエッチングや熱処理に長い時間が必要であるため、生産性が低かった。また、特許文献3に記載の技術では、キャビティの寸法精度が低いことや、平面積の大きいキャビティの形成が困難であることなどにより、得られた圧力センサのダイナミックレンジやリニアリティなどの特性が十分に得られない場合があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、CMOS回路との一体化が容易で生産性に優れ、キャビティを高い寸法精度で形成できる圧力センサの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明の圧力センサの製造方法によって製造されたダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサおよびこれを備えた半導体装置、電子機器を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明の圧力センサの製造方法によって製造されたダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサおよびこれを備えた半導体装置、電子機器を提供することを目的とする。
本発明の圧力センサの製造方法は、ダイアフラムの撓みを検出することにより圧力を測定する圧力センサの製造方法であって、半導体基板上にパッド酸化膜と窒化膜とを順に形成し、空洞部形成領域以外の前記窒化膜をエッチングすることにより、前記パッド酸化膜を露出させる工程と、露出された前記パッド酸化膜を熱酸化することにより、熱酸化膜を形成する工程と、前記空洞部形成領域の前記窒化膜と前記パッド酸化膜とを除去して、前記半導体基板の表面を露出させる工程と、前記空洞部形成領域の前記半導体基板上に第1半導体層を選択エピタキシャル成長させることにより、犠牲層を形成する工程と、前記熱酸化膜を除去する工程と、前記犠牲層上を含む前記半導体基板上に第2半導体層を形成する工程と、前記第2半導体層をパターニングすることにより、前記犠牲層が露出された内面を有する開口部を形成する工程と、前記開口部を介して前記犠牲層をエッチングすることにより、空洞部を形成する空洞部形成工程と、前記第2半導体層上に絶縁膜を形成し、前記開口部の縁部に形成された前記絶縁膜により前記空洞部を封止して、前記空洞部の天井部をダイアフラムとする工程と、前記ダイアフラムの撓みを検出する検出素子を形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明の圧力センサの製造方法によれば、犠牲層をエッチングすることにより、空洞部を形成し、開口部の縁部に絶縁膜を形成することにより空洞部を封止するので、空洞部を形成するための熱処理を行なう必要がない。このため、半導体基板に複数のトレンチを形成して熱処理することにより空洞領域を形成する場合と比較して、短時間で効率よく空洞部およびダイアフラムを形成でき、生産性を向上させることができる。
また、本発明の圧力センサの製造方法によれば、裏面をエッチングすることなくダイアフラムを形成することができるので、例えば、本発明の圧力センサの製造方法を用いて圧力センサとCMOS回路とが一体化されたMEMSデバイスを製造する場合に、圧力センサとCMOS回路との一体化を容易に行うことができる。
また、本発明の圧力センサの製造方法によれば、裏面をエッチングすることなくダイアフラムを形成することができるので、例えば、本発明の圧力センサの製造方法を用いて圧力センサとCMOS回路とが一体化されたMEMSデバイスを製造する場合に、圧力センサとCMOS回路との一体化を容易に行うことができる。
また、本発明の圧力センサの製造方法によれば、犠牲層の形状と、第2半導体層をエッチングすることにより得られる開口部の位置および形状とを変更することによって、容易に所望の形状の空洞部を精度よく形成できる。したがって、本発明の圧力センサの製造方法によれば、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサを提供できる。
また、本発明の圧力センサの製造方法によれば、SOI基板を用いることなく圧力センサを製造できるので、SOI基板を用いた場合と比較して安価な圧力センサを提供できる。
また、本発明の圧力センサの製造方法によれば、SOI基板を用いることなく圧力センサを製造できるので、SOI基板を用いた場合と比較して安価な圧力センサを提供できる。
また、本発明の圧力センサの製造方法においては、前記犠牲層が、20原子%以上のGeを含むSiGeからなるものであることが好ましい。
犠牲層が、20原子%以上のGeを含むSiGeからなるものである場合、空洞部形成工程における犠牲層のエッチング選択性が良好となるので、より一層精度よく空洞部を形成できる。
犠牲層が、20原子%以上のGeを含むSiGeからなるものである場合、空洞部形成工程における犠牲層のエッチング選択性が良好となるので、より一層精度よく空洞部を形成できる。
また、本発明の圧力センサの製造方法では、前記第1半導体層がSiGeからなり、前記第2半導体層がSiからなり、前記空洞部形成工程において、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングを行なう方法とすることができる。
空洞部形成工程においてウェットエッチングを行うと、開口部の縁部に形成されている第2半導体層の形状が変形する現象、いわゆるスティッキングが生じる場合がある。特に、平面積の大きい空洞部を形成する場合には、スティッキングが生じやすい。スティッキングが生じると、所望の空洞部形状が得られない場合がある。
これに対し、第1半導体層がSiGeからなり、第2半導体層がSiからなる場合には、空洞部形成工程において、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングを行なうと、スティッキングが生じにくい。したがって、容易に高い寸法精度で広範囲にわたって犠牲層をエッチングすることができ、平面積の大きい空洞部を高い寸法精度で形成できる。その結果、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサを提供できる。
空洞部形成工程においてウェットエッチングを行うと、開口部の縁部に形成されている第2半導体層の形状が変形する現象、いわゆるスティッキングが生じる場合がある。特に、平面積の大きい空洞部を形成する場合には、スティッキングが生じやすい。スティッキングが生じると、所望の空洞部形状が得られない場合がある。
これに対し、第1半導体層がSiGeからなり、第2半導体層がSiからなる場合には、空洞部形成工程において、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングを行なうと、スティッキングが生じにくい。したがって、容易に高い寸法精度で広範囲にわたって犠牲層をエッチングすることができ、平面積の大きい空洞部を高い寸法精度で形成できる。その結果、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサを提供できる。
また、本発明の圧力センサの製造方法では、前記検出素子が、ピエゾ抵抗素子または圧電素子である方法とすることができる。
検出素子が、ピエゾ抵抗素子または圧電素子である場合、検出素子が、静電容量の変化を検出するものである場合と比較して、容易に形成することができ、好ましい。
検出素子が、ピエゾ抵抗素子または圧電素子である場合、検出素子が、静電容量の変化を検出するものである場合と比較して、容易に形成することができ、好ましい。
また、本発明の圧力センサは、上記のいずれかに記載の圧力センサの製造方法によって製造されたことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、基板上に、半導体集積回路の設けられた回路領域と、本発明の圧力センサの設けられたセンサ領域とが形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電子機器は、本発明の圧力センサが備えられたことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、基板上に、半導体集積回路の設けられた回路領域と、本発明の圧力センサの設けられたセンサ領域とが形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電子機器は、本発明の圧力センサが備えられたことを特徴とする。
はじめに、本発明の圧力センサについて図面を参照して説明する。
図1は、本発明の圧力センサの一例を示した断面図である。図1に示す圧力センサ10は、ダイアフラム6の撓みを検出することにより圧力を測定するものである。図1において、符号1はSi基板(半導体基板)を示している。図1に示すように、Si基板1上には、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンからなるSi層(第2半導体層)3が備えられている。また、符号5は、キャビティ(空洞部)を示している。キャビティ5は、図1に示すように、Si基板1とSi層3との間に形成された横穴5aからなる空洞であり、TEOS(テトラエトキシシラン)からなる絶縁膜2によって封止されている。そして、図1に示す圧力センサ10では、キャビティ5の天井部を構成するSi層3と絶縁膜2とによって、ダイアフラム6が形成されている。ダイアフラム6上には、ダイアフラムの撓みを検出するための検出素子であるピエゾ抵抗素子7,7が複数備えられている。各ピエゾ抵抗素子7,7は、それぞれ配線(図示略)と電気的に接続されている。
図1は、本発明の圧力センサの一例を示した断面図である。図1に示す圧力センサ10は、ダイアフラム6の撓みを検出することにより圧力を測定するものである。図1において、符号1はSi基板(半導体基板)を示している。図1に示すように、Si基板1上には、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンからなるSi層(第2半導体層)3が備えられている。また、符号5は、キャビティ(空洞部)を示している。キャビティ5は、図1に示すように、Si基板1とSi層3との間に形成された横穴5aからなる空洞であり、TEOS(テトラエトキシシラン)からなる絶縁膜2によって封止されている。そして、図1に示す圧力センサ10では、キャビティ5の天井部を構成するSi層3と絶縁膜2とによって、ダイアフラム6が形成されている。ダイアフラム6上には、ダイアフラムの撓みを検出するための検出素子であるピエゾ抵抗素子7,7が複数備えられている。各ピエゾ抵抗素子7,7は、それぞれ配線(図示略)と電気的に接続されている。
次に、図1に示す圧力センサの製造方法を図面を用いて説明する。
図2は、本実施形態の圧力センサの製造方法を説明するための工程図である。図1に示す圧力センサを製造するには、まず、Si基板1上に熱酸化による応力を緩衝するためのパッド酸化膜12を形成する。次に、パッド酸化膜12上にCVD法によりSi3N4からなる窒化膜13を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてキャビティ形成領域A以外の窒化膜13をドライエッチングすることにより、図2(a)に示すように、パッド酸化膜12を露出させる。
図2は、本実施形態の圧力センサの製造方法を説明するための工程図である。図1に示す圧力センサを製造するには、まず、Si基板1上に熱酸化による応力を緩衝するためのパッド酸化膜12を形成する。次に、パッド酸化膜12上にCVD法によりSi3N4からなる窒化膜13を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてキャビティ形成領域A以外の窒化膜13をドライエッチングすることにより、図2(a)に示すように、パッド酸化膜12を露出させる。
続いて、露出されたパッド酸化膜12を熱酸化(LOCOS酸化)することにより、図2(b)に示すように、SiO2からなる膜厚0.4μm程度の熱酸化膜14を形成する。その後、キャビティ形成領域Aの窒化膜13とパッド酸化膜12とをエッチングにより除去して、Si基板1の表面を露出させる。
続いて、図2(c)に示すように、キャビティ形成領域AのSi基板1上にSiGe(第1半導体層)をエピタキシャル成長させることにより、犠牲層4を形成する。犠牲層4は、20原子%以上のGeを含むSiGeからなる膜厚0.3μm程度のものとされることが好ましい。SiGeのエピタキシャル成長は、500〜800℃の温度で、Si2H6とGeH4とCl2とを用いて行なうことが好ましい。SiGeをエピタキシャル成長させる際にCl2を用いることで、熱酸化膜14上にSiGeがエピタキシャル成長することを防止でき、Si基板1上に選択的にSiGeをエピタキシャル成長させることができる。
その後、熱酸化膜14を除去し、図2(d)に示すように、犠牲層4上を含むSi基板1上に、CVD法により多結晶シリコンからなるSi層3を形成する。なお、Si層3は、犠牲層4上に単結晶シリコン膜をエピタキシャル成長させることにより形成してもよい。
次いで、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしてSi層3をエッチングすることにより、図2(e)に示すように、犠牲層4の縁部が露出された内面8bを有する平面視長方形の2つの開口部8を形成する。本実施形態においては、開口部8が平面視長方形とされているので、後述する絶縁膜2によってキャビティ5を容易に封止できるように、縁部8aの短辺の長さが1μm以下とされていることが好ましく、縁部8aの短辺の長さが0.3μm以下とされていることがより好ましい。
その後、開口部8を介して、開口部8の内面8bに露出された部分から横方向に犠牲層4をエッチングすることにより、図2(f)に示すように、Si基板1とSi層3との間に2つの縦穴5b間を繋ぐ横穴5aを形成する。このことにより、2つの縦穴5bと2つの縦穴5b間を繋ぐ横穴5aとからなる空洞であるキャビティ5を形成する(キャビティ(空洞部)形成工程)。ここで形成されるキャビティ5の平面形状は、エッチングされる犠牲層4の平面形状と、開口部8の位置および平面形状とを変更することによって、制御される。
キャビティ形成工程における犠牲層4のエッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよいが、HFと硝酸との混合液を用いたウェットエッチングや、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングを行なうことが好ましい。特に、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングは、スティッキングが生じにくく、容易に高い寸法精度で広範囲にわたって犠牲層4をエッチングすることができるので、平面積の大きいキャビティ5を高い寸法精度で形成でき、好ましい。
キャビティ形成工程における犠牲層4のエッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよいが、HFと硝酸との混合液を用いたウェットエッチングや、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングを行なうことが好ましい。特に、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングは、スティッキングが生じにくく、容易に高い寸法精度で広範囲にわたって犠牲層4をエッチングすることができるので、平面積の大きいキャビティ5を高い寸法精度で形成でき、好ましい。
次いで、Si層3上にCVD法またはスパッタ法を用いて絶縁膜2を形成し、図2(f)に示すように、開口部8の縁部8aに形成された絶縁膜2によりキャビティ5を封止して、キャビティ5の天井部をダイアフラム6とする。ここで形成された絶縁膜2は、図2(f)に示すように、Si層3上の上方向にだけでなく、開口部8の縁部8aから開口部8の内側に向って横方向にも堆積されている。絶縁膜2の横方向の堆積は、堆積速度を調節することによって制御することができる。具体的には、絶縁膜2の堆積時にガスの平均自由工程が短くなるように条件を設定し、堆積速度を速くすることで、絶縁膜2の横方向の成長を促進させることができる。
また、本実施形態では、図2(f)に示すように、絶縁膜2が開口部8の内部にも堆積されており、絶縁膜2により縦穴5bの一部と横穴5aの一部とが充填されて、縦穴5bと横穴5aとが分断されている。したがって、絶縁膜2が形成された後に得られた封止されたキャビティ5は、Si基板1とSi層3との間に形成された横穴5aからなるものとされている。
ここで封止されたキャビティ5内の圧力は、絶縁膜2の成膜条件によって、キャビティ5内を真空とした絶対圧やキャビティ5内を大気圧としたゲージ圧などに制御することができ、圧力センサ10の用途などに応じて適宜決定できる。
ここで封止されたキャビティ5内の圧力は、絶縁膜2の成膜条件によって、キャビティ5内を真空とした絶対圧やキャビティ5内を大気圧としたゲージ圧などに制御することができ、圧力センサ10の用途などに応じて適宜決定できる。
その後、ダイアフラム6上に、ピエゾ抵抗素子7、7を複数配置し、各ピエゾ抵抗素子7,7をそれぞれ配線(図示略)と電気的に接続することにより、図1に示す圧力センサ10とする。
本実施形態の圧力センサ10の製造方法によれば、半導体基板に複数のトレンチを形成して熱処理することにより空洞領域を形成する場合と比較して、短時間で効率よくキャビティ5およびダイアフラム6を形成でき、生産性を向上させることができる。
また、本実施形態の圧力センサ10の製造方法によれば、圧力センサ10とCMOS回路との一体化を容易に行うことができ、圧力センサ10とCMOS回路とが一体化されたMEMSデバイスを容易に製造できる。
また、本実施形態の圧力センサ10の製造方法によれば、容易に所望の形状のキャビティ5を精度よく形成でき、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサ10を提供できる。
また、本実施形態の圧力センサ10の製造方法によれば、圧力センサ10とCMOS回路との一体化を容易に行うことができ、圧力センサ10とCMOS回路とが一体化されたMEMSデバイスを容易に製造できる。
また、本実施形態の圧力センサ10の製造方法によれば、容易に所望の形状のキャビティ5を精度よく形成でき、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサ10を提供できる。
また、本実施形態の圧力センサ10の製造方法によれば、犠牲層4の縁部が露出された内面8bを有する2つの開口部8を形成するので、キャビティ5の中央部の厚さが均一なものとなり、感度に優れた圧力センサ10を提供できる。ここで、例えば、犠牲層4の中央部に開口部を形成した場合、キャビティを封止している開口部近傍の絶縁膜の厚みが不均一となり、キャビティの中央部の厚さが不均一となる場合がある。
また、本実施形態の圧力センサ10の製造方法では、絶縁膜2により縦穴5bの一部と横穴5aの一部とを充填しているので、開口部8全体に絶縁膜2を充填する場合と比較して、絶縁膜2の厚みを薄くすることができ、容易に効率よく製造できる。
また、本実施形態の圧力センサ10の製造方法では、絶縁膜2により縦穴5bの一部と横穴5aの一部とを充填しているので、開口部8全体に絶縁膜2を充填する場合と比較して、絶縁膜2の厚みを薄くすることができ、容易に効率よく製造できる。
なお、本発明の圧力センサおよび圧力センサの製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態においては、検出素子が、ピエゾ抵抗素子であるものを例に挙げて説明したが、検出素子は、ダイアフラムの撓みを検出することができるものであればよく、圧電素子であってもよいし、ダイアフラムの撓みを静電容量の変化として検出するものであってもよい。図6(a)(b)は、圧力センサの部位に圧電体層50を用いた例である。図6(a)に示す例では、上記製造方法によって作製されたキャビティ5を有するダイアフラム6の直上に、圧力により発生した応力に応じて電荷を発生する圧電体層50が形成されており、発生した電荷を電極51で検知する圧電センサとして機能するものとされている。図6(b)は、図6(a)に示す圧電センサ52を半導体集積回路30と一体化した平面図である(配線図は省略)。本発明によれば、キャビティ5の形成後の工程は半導体集積化回路の製造工程とよく整合するので、この様にして半導体回路とセンサ部を一体化することが可能となる。
また、上述した実施形態においては、半導体基板として、Si基板を用いたが、Si基板でなくてもよい。
例えば、上述した実施形態においては、検出素子が、ピエゾ抵抗素子であるものを例に挙げて説明したが、検出素子は、ダイアフラムの撓みを検出することができるものであればよく、圧電素子であってもよいし、ダイアフラムの撓みを静電容量の変化として検出するものであってもよい。図6(a)(b)は、圧力センサの部位に圧電体層50を用いた例である。図6(a)に示す例では、上記製造方法によって作製されたキャビティ5を有するダイアフラム6の直上に、圧力により発生した応力に応じて電荷を発生する圧電体層50が形成されており、発生した電荷を電極51で検知する圧電センサとして機能するものとされている。図6(b)は、図6(a)に示す圧電センサ52を半導体集積回路30と一体化した平面図である(配線図は省略)。本発明によれば、キャビティ5の形成後の工程は半導体集積化回路の製造工程とよく整合するので、この様にして半導体回路とセンサ部を一体化することが可能となる。
また、上述した実施形態においては、半導体基板として、Si基板を用いたが、Si基板でなくてもよい。
また、犠牲層をエッチングするための開口部の平面形状は、長方形に限定されるものではなく、キャビティ5の形状に応じて決定でき、例えば、円形、楕円形、正方形などの形状とすることができ、特に限定されない。なお、開口部の平面形状が円形である場合は直径が、開口部の平面形状が楕円形である場合は短径が、開口部の平面形状が正方形である場合は辺の長さが、それぞれ1μm以下とされていることが好ましく、0.3μm以下とされていることがより好ましい。
また、開口部の数は、2つに限定されるものではなく、1つでもよいし、3つ以上であってもよく、キャビティの形状に応じて決定できる。また、開口部は、上述した例に示したように、犠牲層4の縁部が露出された内面8bを有するものとした場合、キャビティ5の中央部の厚さが均一なものとなるため好ましいが、犠牲層4の中央部に開口部を形成してもよい。この場合、開口部に露出した犠牲層4を開口部から同心円状に均一にエッチングすることができるので、容易に効率よく犠牲層4のエッチングを行なうことができる。
また、開口部の数は、2つに限定されるものではなく、1つでもよいし、3つ以上であってもよく、キャビティの形状に応じて決定できる。また、開口部は、上述した例に示したように、犠牲層4の縁部が露出された内面8bを有するものとした場合、キャビティ5の中央部の厚さが均一なものとなるため好ましいが、犠牲層4の中央部に開口部を形成してもよい。この場合、開口部に露出した犠牲層4を開口部から同心円状に均一にエッチングすることができるので、容易に効率よく犠牲層4のエッチングを行なうことができる。
また、本発明においては、図1に示すように、絶縁膜2が、縦穴5bの一部と横穴5aの一部とに充填され、2つの縦穴5bと横穴5aが分断されていてもよいが、絶縁膜2によってキャビティ5を封止できればよく、2つの縦穴5bと横穴5aとは分断されていなくてもよいし、図3に示すように、2つの縦穴5b全体(開口部8全体)に充填されていてもよい。図3は、圧力センサの他の例を示した断面図である。図3に示す圧力センサ10bにおいては、開口部8の内部が絶縁膜2によって完全に充填されており、キャビティ5が、Si基板1とSi層3との間に形成された横穴5aからなる空洞とされている。図3に示す圧力センサ10bを製造する場合、絶縁膜2の堆積は、開口部8の内部にも絶縁膜2を堆積させるために、堆積速度を遅くするなど絶縁膜2を等方的に堆積させる条件で行なわれる。
図3に示す圧力センサ10bの製造方法においては、開口部8全体に絶縁膜2を充填しているので、キャビティ5が完全に封止されたものとなり、感度に優れた圧力センサ10となる。なお、絶縁膜2を形成することによって、キャビティ5内を完全に封止することが好ましいが、キャビティ5を封止することにより、圧力を検出することが可能なダイアフラムを形成できればよく、キャビティ5内が完全に密閉されていなくてもよい。
図3に示す圧力センサ10bの製造方法においては、開口部8全体に絶縁膜2を充填しているので、キャビティ5が完全に封止されたものとなり、感度に優れた圧力センサ10となる。なお、絶縁膜2を形成することによって、キャビティ5内を完全に封止することが好ましいが、キャビティ5を封止することにより、圧力を検出することが可能なダイアフラムを形成できればよく、キャビティ5内が完全に密閉されていなくてもよい。
[半導体装置]
次に、本発明の半導体装置について図面を参照して説明する。図4は、本発明の半導体装置の一例であるMEMSデバイスを示した概略平面図である。図4に示すMEMSデバイス20は、基板上に回路領域30とセンサ領域10aとが形成されたものである。回路領域30には、CMOS回路(半導体集積回路)が設けられており、センサ領域10aには本発明の圧力センサが設けられている。
図4に示すMEMSデバイス20は、センサ領域10aに本発明の圧力センサが設けられているので、容易に製造でき、しかも、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサを備えたものとなる。
次に、本発明の半導体装置について図面を参照して説明する。図4は、本発明の半導体装置の一例であるMEMSデバイスを示した概略平面図である。図4に示すMEMSデバイス20は、基板上に回路領域30とセンサ領域10aとが形成されたものである。回路領域30には、CMOS回路(半導体集積回路)が設けられており、センサ領域10aには本発明の圧力センサが設けられている。
図4に示すMEMSデバイス20は、センサ領域10aに本発明の圧力センサが設けられているので、容易に製造でき、しかも、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサを備えたものとなる。
[電子機器]
次に、本発明の電子機器について図面を参照して説明する。図5は、本発明の電子機器の一例である腕時計型電子機器を示した斜視図である。図5に示す腕時計型電子機器80の本体81には、本発明の圧力センサが備えられている。
図5に示す電子機器は、本発明の圧力センサを備えたものであるので、容易に製造でき、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサを備えたものとなる。
なお、本実施形態の電子機器として腕時計型電子機器を例に挙げて説明したが、本発明は図5に示す例に限定されるものではなく、本発明の圧力センサは、各種の電子機器に好適に用いることができる。さらに、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
次に、本発明の電子機器について図面を参照して説明する。図5は、本発明の電子機器の一例である腕時計型電子機器を示した斜視図である。図5に示す腕時計型電子機器80の本体81には、本発明の圧力センサが備えられている。
図5に示す電子機器は、本発明の圧力センサを備えたものであるので、容易に製造でき、ダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れた圧力センサを備えたものとなる。
なお、本実施形態の電子機器として腕時計型電子機器を例に挙げて説明したが、本発明は図5に示す例に限定されるものではなく、本発明の圧力センサは、各種の電子機器に好適に用いることができる。さらに、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
1…Si基板(半導体基板)、2…絶縁膜、3…Si層(第2半導体層)、4…犠牲層、5…キャビティ(空洞部)、5a…横穴、5b…縦穴、6…ダイアフラム、7…ピエゾ抵抗素子(検出素子)、8…開口部、8a…縁部、10、10b…圧力センサ、10a…センサ領域、12…パッド酸化膜、13…窒化膜、14…熱酸化膜、20…MEMSデバイス、30…回路領域、A…キャビティ形成領域(空洞部形成領域)。
Claims (7)
- ダイアフラムの撓みを検出することにより圧力を測定する圧力センサの製造方法であって、
半導体基板上にパッド酸化膜と窒化膜とを順に形成し、空洞部形成領域以外の前記窒化膜をエッチングすることにより、前記パッド酸化膜を露出させる工程と、
露出された前記パッド酸化膜を熱酸化することにより、熱酸化膜を形成する工程と、
前記空洞部形成領域の前記窒化膜と前記パッド酸化膜とを除去して、前記半導体基板の表面を露出させる工程と、
前記空洞部形成領域の前記半導体基板上に第1半導体層を選択エピタキシャル成長させることにより、犠牲層を形成する工程と、
前記熱酸化膜を除去する工程と、
前記犠牲層上を含む前記半導体基板上に第2半導体層を形成する工程と、
前記第2半導体層をパターニングすることにより、前記犠牲層が露出された内面を有する開口部を形成する工程と、
前記開口部を介して前記犠牲層をエッチングすることにより、空洞部を形成する空洞部形成工程と、
前記第2半導体層上に絶縁膜を形成し、前記開口部の縁部に形成された前記絶縁膜により前記空洞部を封止して、前記空洞部の天井部をダイアフラムとする工程と、
前記ダイアフラムの撓みを検出する検出素子を形成する工程とを備えることを特徴とする圧力センサの製造方法。 - 前記犠牲層が、20原子%以上のGeを含むSiGeからなるものであることを特徴とする請求項1に記載の圧力センサの製造方法。
- 前記第1半導体層がSiGeからなり、前記第2半導体層がSiからなり、
前記空洞部形成工程において、無水HFとN2O5とアルコールとの混合ガスを用いる気相エッチングを行なうことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧力センサの製造方法。 - 前記検出素子が、ピエゾ抵抗素子または圧電素子であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の圧力センサの製造方法。
- 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の圧力センサの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧力センサ。
- 基板上に、半導体集積回路の設けられた回路領域と、請求項5に記載の圧力センサの設けられたセンサ領域とが形成されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項5または請求項6に記載の圧力センサが備えられたことを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007318944A JP2009139341A (ja) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 圧力センサの製造方法、圧力センサ、半導体装置、電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009139341A true JP2009139341A (ja) | 2009-06-25 |
Family
ID=40870073
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| JP2007318944A Pending JP2009139341A (ja) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 圧力センサの製造方法、圧力センサ、半導体装置、電子機器 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2009139341A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017032450A (ja) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | セイコーエプソン株式会社 | 振動デバイスの製造方法、振動デバイス、圧力センサー、スピーカー、および超音波デバイス |
-
2007
- 2007-12-10 JP JP2007318944A patent/JP2009139341A/ja active Pending
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