JP2013160567A - Capacitive pressure sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量型圧力センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a capacitive pressure sensor and a method for manufacturing the same.
近年、スマートフォン(Smartphone)等の普及によって、高さ方向のセンシングを可能にする圧力センサの利用が増加している。圧力センサとして、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化量を圧力の変化量として検出するピエゾ抵抗型圧力センサが提案されている。
たとえば、特許文献1は、ベース基板と、凹部が形成され、ベース基板に貼り合わせられることによって当該凹部とベース基板との間に空間を区画するキャップ基板と、ベース基板の一部を利用して空間内に形成されたメンブレンと、メンブレンに形成された圧力センサ素子として機能する不純物拡散領域とを含む、圧力センサを開示している。この圧力センサでは、メンブレンが印加された圧力に応じて変位し、当該変位に伴う不純物拡散領域の抵抗値の変化を測定して圧力を検出する。
In recent years, the use of pressure sensors that enable sensing in the height direction is increasing due to the spread of smartphones and the like. As a pressure sensor, a piezoresistive pressure sensor that detects a change amount of a resistance value of a piezoresistive element as a change amount of pressure has been proposed.
For example,
しかしながら、ピエゾ抵抗素子は周囲温度の変化に依存しやすく、周囲温度が多様に変化する状況の中では検出精度にばらつきが生じやすい。そのため、ピエゾ抵抗素子を用いた圧力センサでは、圧力検出の際に補正が欠かせない。
また、特許文献1の圧力センサのように、少なくとも2枚の基板が貼り合わされた立体構造を有するセンサでは、コストが高くつく上、圧力センサ全体の嵩が大きくなるという不具合がある。
However, the piezoresistive element tends to depend on changes in the ambient temperature, and variations in detection accuracy tend to occur in situations where the ambient temperature varies in various ways. Therefore, in a pressure sensor using a piezoresistive element, correction is indispensable when detecting pressure.
Further, a sensor having a three-dimensional structure in which at least two substrates are bonded together like the pressure sensor of
そこで、この発明の目的は、基準圧室を1枚の半導体基板の内部に設けることによって、検出精度のばらつきを小さくでき、さらに低コスト化かつ小型化を実現可能な静電容量型の圧力センサを提供することである。
また、この発明の他の目的は、検出精度のばらつきを小さくでき、さらに低コスト化かつ小型化を実現可能な静電容量型圧力センサを簡単に製造することができる製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a capacitance type pressure sensor that can reduce variations in detection accuracy by providing a reference pressure chamber inside one semiconductor substrate, and can further reduce the cost and size. Is to provide.
Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of easily manufacturing a capacitance type pressure sensor that can reduce variations in detection accuracy and can be further reduced in cost and size. is there.
上記目的を達成するためのこの発明の静電容量型圧力センサは、下部半導体層と上部半導体層との間に絶縁層が挟まれた構造を有し、前記下部半導体層が掘り込まれて区画された基準圧室が内部に形成された半導体基板と、前記半導体基板の前記上部半導体層に選択的に形成されたダイヤフラムであって、前記上部半導体層の表面と前記基準圧室との間を貫通し、その内側に当該ダイヤフラムの一部からなる上部電極を区画する環状の周囲貫通孔と、前記上部電極において前記上部半導体層の表面と前記基準圧室との間を貫通する複数の中央貫通孔とが形成されたダイヤフラムと、前記周囲貫通孔内に設けられ、前記周囲貫通孔を閉塞するとともに、前記上部電極を前記上部半導体層の他の部分から電気的に分離する周囲絶縁層と、各前記中央貫通孔内に設けられ、前記中央貫通孔を閉塞する中央絶縁層とを含む(請求項1)。 In order to achieve the above object, a capacitive pressure sensor according to the present invention has a structure in which an insulating layer is sandwiched between a lower semiconductor layer and an upper semiconductor layer, and the lower semiconductor layer is dug into the section. A semiconductor substrate having a reference pressure chamber formed therein, and a diaphragm selectively formed in the upper semiconductor layer of the semiconductor substrate, wherein a space between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber is formed An annular peripheral through hole that penetrates and defines an upper electrode made of a part of the diaphragm inside, and a plurality of central penetrations that penetrate between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber in the upper electrode A diaphragm in which a hole is formed, a peripheral insulating layer that is provided in the peripheral through hole, closes the peripheral through hole, and electrically isolates the upper electrode from other parts of the upper semiconductor layer; Each of the above Provided in the through hole, and a central insulating layer for closing the central opening (claim 1).
この構成によれば、周囲絶縁層によって上部電極が上部半導体層の他の部分から電気的に分離されているので、基準圧室(空洞)を挟んで対向する、上部電極(上部電極)と下部半導体層(下部電極)によってキャパシタ構造を形成することができる。ダイヤフラムが圧力を受けると、基準圧室の内外の圧力差に応じてダイヤフラムが変形して、上部電極と下部電極との間の距離が変化する。その結果、上部電極と下部電極との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化量を検出することによって、ダイヤフラムが受けた圧力を検出することができる。このように、周囲温度の変化に依存しやすいピエゾ素子を圧力検出のための素子として用いないので、周囲温度が多様に変化する状況の中でも検出精度のばらつきを小さくすることができる。 According to this configuration, since the upper electrode is electrically separated from the other part of the upper semiconductor layer by the peripheral insulating layer, the upper electrode (upper electrode) and the lower part that face each other with the reference pressure chamber (cavity) interposed therebetween A capacitor structure can be formed by the semiconductor layer (lower electrode). When the diaphragm receives pressure, the diaphragm is deformed according to the pressure difference between the inside and outside of the reference pressure chamber, and the distance between the upper electrode and the lower electrode changes. As a result, the capacitance between the upper electrode and the lower electrode changes. By detecting the amount of change in capacitance, the pressure received by the diaphragm can be detected. As described above, since a piezo element that is easily dependent on a change in ambient temperature is not used as an element for pressure detection, variations in detection accuracy can be reduced even in a situation where the ambient temperature varies in various ways.
また、2枚の半導体基板の貼り合わせによって基準圧室を画成する必要がないから、コストを低くでき、圧力センサ全体を小型にすることができる。
また、この発明の静電容量型圧力センサでは、前記上部電極における前記中央絶縁層が配置された部分以外の半導体部分が、前記基準圧室の天面に選択的に露出していることが好ましい(請求項2)。たとえば製造後の静電容量型圧力センサにおいて、上部電極の基準圧室側の面(下面)に酸化シリコン等の絶縁膜で被覆されていると、たとえばダイヤフラムが変形し、上部電極が下部半導体層(下部電極)に接触したときに絶縁膜が帯電するおそれがある。そこで、この構成では、製造後の静電容量型圧力センサにおいて、上部電極の下面に絶縁層を残存させず、上部電極の半導体部分を基準圧室の天面に露出させることによって、帯電の問題を回避することができる。
Further, since it is not necessary to define the reference pressure chamber by bonding the two semiconductor substrates, the cost can be reduced and the entire pressure sensor can be reduced in size.
In the capacitive pressure sensor of the present invention, it is preferable that a semiconductor portion other than the portion where the central insulating layer is disposed in the upper electrode is selectively exposed on the top surface of the reference pressure chamber. (Claim 2). For example, in a manufactured capacitive pressure sensor, if the surface (lower surface) of the upper electrode on the side of the reference pressure chamber is covered with an insulating film such as silicon oxide, the diaphragm is deformed, for example, and the upper electrode becomes the lower semiconductor layer. There is a possibility that the insulating film is charged when it contacts the (lower electrode). Therefore, in this configuration, in the capacitive pressure sensor after manufacture, the insulating layer is not left on the lower surface of the upper electrode, and the semiconductor portion of the upper electrode is exposed on the top surface of the reference pressure chamber, thereby causing a charging problem. Can be avoided.
また、前記中央貫通孔が、水玉模様パターンに配列されている場合、前記周囲貫通孔は、前記水玉模様パターンを構成するドット状の各前記中央貫通孔と同じ大きさの複数のドットが、前記上部電極を取り囲むように互いに繋がって形成されたスリット状に形成されていることが好ましい(請求項3)。その場合、前記スリット状の周囲貫通孔は、前記半導体基板を前記表面側から見たときに、前記複数のドットの周面が互いに繋がって形成された波状の輪郭を有していてもよい(請求項4)。なお、ドットとは、円形だけでなく、三角形、四角形、その他の多角形等を含んでいてもよい。 Further, when the central through hole is arranged in a polka dot pattern, the peripheral through hole has a plurality of dots having the same size as each of the dot-shaped central through holes constituting the polka dot pattern, It is preferable that the slits are formed so as to be connected to each other so as to surround the upper electrode. In that case, the slit-shaped peripheral through-hole may have a wavy contour formed by connecting the peripheral surfaces of the plurality of dots when the semiconductor substrate is viewed from the surface side ( Claim 4). Note that the dots may include not only a circle but also a triangle, a quadrangle, and other polygons.
また、前記半導体基板は、前記下部半導体層および前記上部半導体層がシリコンからなり、前記絶縁層が酸化シリコンからなるSOI基板であることが好ましい(請求項5)。SOI基板は簡単に調達することができるため、半導体基板の準備に要する手間を省くことができる。半導体基板がSOI基板である場合、前記中央絶縁層および前記周囲絶縁層は、ともに酸化シリコンからなることが好ましい(請求項6)。 Further, the semiconductor substrate is preferably an SOI substrate in which the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer are made of silicon and the insulating layer is made of silicon oxide. Since the SOI substrate can be easily procured, the labor required for preparing the semiconductor substrate can be saved. When the semiconductor substrate is an SOI substrate, it is preferable that both the central insulating layer and the surrounding insulating layer are made of silicon oxide.
また、この発明の静電容量型圧力センサは、前記上部電極に接続された第1配線と、前記下部半導体層に接続された第2配線とをさらに含むことが好ましい(請求項7)。この構成によれば、1枚の半導体基板の上部電極および下部半導体層それぞれを電極とする簡単な構造の静電容量型圧力センサを提供することができる。
また、前記基準室内は、密閉された空間であることが好ましい(請求項8)。基準圧室内が密閉されていば、周囲温度の変化による基準圧室内の圧力変化を防止することができる。その結果、センサの圧力検出精度を向上させることができる。
In addition, it is preferable that the capacitive pressure sensor of the present invention further includes a first wiring connected to the upper electrode and a second wiring connected to the lower semiconductor layer. According to this configuration, it is possible to provide a capacitive pressure sensor having a simple structure in which each of the upper electrode and the lower semiconductor layer of one semiconductor substrate is an electrode.
The reference chamber is preferably a sealed space (claim 8). If the reference pressure chamber is hermetically sealed, a change in pressure in the reference pressure chamber due to a change in ambient temperature can be prevented. As a result, the pressure detection accuracy of the sensor can be improved.
また、上記目的を達成するためのこの発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、シリコンからなる下部半導体層と上部半導体層との間に酸化シリコンからなる絶縁層が挟まれた構造を有する半導体基板に、前記上部半導体層の表面に閉領域を区画する環状の周囲凹部と、前記閉領域に配置される複数の中央凹部とを、前記上部半導体層の表面から前記絶縁層に達するように選択的に形成する工程と、前記周囲凹部および前記中央凹部の各内面に酸化シリコンからなる保護膜を形成する工程と、前記保護膜および前記絶縁層における前記周囲凹部および前記中央凹部の底面上の部分を選択的に除去する工程と、異方性エッチングによって前記周囲凹部および前記中央凹部を前記下部半導体層中に掘り下げた後、等方性エッチングによって前記周囲凹部および前記複数の中央凹部の下方部を互いに連続させることによって前記下部半導体層に掘り込まれた基準圧室を形成し、同時に、当該基準圧室に対して前記表面側に配置された前記上部半導体層に、前記閉領域からなる上部電極を含むダイヤフラムを形成する工程と、前記半導体基板を熱酸化することによって、前記上部半導体層の前記表面と前記基準圧室との間を貫通している前記周囲凹部からなる周囲貫通孔内に、前記周囲貫通孔を閉塞するとともに、前記上部電極を前記上部半導体層の他の部分から電気的に分離するような酸化シリコンからなる周囲絶縁層を形成する工程と、前記半導体基板を熱酸化することによって、前記上部半導体層の前記表面と前記基準圧室との間を貫通している前記中央凹部からなる中央貫通孔内に、前記中央貫通孔を閉塞するような酸化シリコンからなる中央絶縁層を形成する工程とを含む(請求項9)。 Further, the manufacturing method of the capacitive pressure sensor of the present invention for achieving the above object has a structure in which an insulating layer made of silicon oxide is sandwiched between a lower semiconductor layer made of silicon and an upper semiconductor layer. An annular peripheral recess for partitioning a closed region on the surface of the upper semiconductor layer and a plurality of central recesses disposed in the closed region on the semiconductor substrate so as to reach the insulating layer from the surface of the upper semiconductor layer A step of selectively forming; a step of forming a protective film made of silicon oxide on each inner surface of the peripheral recess and the central recess; and a bottom surface of the peripheral recess and the central recess in the protective film and the insulating layer A step of selectively removing a portion, and the peripheral recess and the central recess are dug into the lower semiconductor layer by anisotropic etching, and then the isotropic etching is performed to A reference pressure chamber dug into the lower semiconductor layer is formed by connecting the lower part of the surrounding recess and the plurality of central recesses to each other, and at the same time, the reference pressure chamber disposed on the surface side with respect to the reference pressure chamber Forming a diaphragm including an upper electrode formed of the closed region in the upper semiconductor layer; and thermally oxidizing the semiconductor substrate to penetrate between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber. A peripheral insulating layer made of silicon oxide is formed in the peripheral through hole made of the peripheral recess, which closes the peripheral through hole and electrically isolates the upper electrode from other parts of the upper semiconductor layer. And a step of thermally oxidizing the semiconductor substrate, in the central through hole formed of the central recess penetrating between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber , And forming a central insulating layer of silicon oxide so as to close the central through-hole (claim 9).
この方法によれば、半導体基板内に基準圧室を形成するために、異方性エッチングおよび等方性エッチングによって下部半導体層の一部を空洞化させて基準圧室を形成し、その基準圧室を密閉するための周囲絶縁層および中央絶縁層がそれぞれ、周囲貫通孔および中央貫通孔内に形成される。すなわち、基準圧室の形成にあたって、半導体基板に対してエッチングや各絶縁層の形成などの加工を施すだけでよい。したがって、半導体基板に接合するための基板を別途用意したり、その基板を半導体基板に貼り合わせたりする必要がない。 According to this method, in order to form the reference pressure chamber in the semiconductor substrate, the reference pressure chamber is formed by hollowing a part of the lower semiconductor layer by anisotropic etching and isotropic etching. A peripheral insulating layer and a central insulating layer for sealing the chamber are formed in the peripheral through hole and the central through hole, respectively. That is, in forming the reference pressure chamber, it is only necessary to perform processing such as etching and formation of each insulating layer on the semiconductor substrate. Therefore, it is not necessary to separately prepare a substrate for bonding to the semiconductor substrate or to attach the substrate to the semiconductor substrate.
そして、この方法によって製造された圧力センサは、1枚の半導体基板の内部に基準圧室を有するため、別の基板の使用に起因するコスト上昇を防止でき、また、基準圧室が1枚の半導体基板の一部によって画成されるため、小型である。したがって、この方法によれば、検出精度のばらつきを小さくでき、さらに低コスト化かつ小型化を実現可能な静電容量型圧力センサを簡単に製造することができる。 And since the pressure sensor manufactured by this method has a reference pressure chamber inside one semiconductor substrate, it is possible to prevent an increase in cost due to the use of another substrate, and there is one reference pressure chamber. Since it is defined by a part of the semiconductor substrate, it is small. Therefore, according to this method, it is possible to easily manufacture a capacitance-type pressure sensor that can reduce variations in detection accuracy and can be further reduced in cost and reduced in size.
さらに、等方性エッチングによって周囲凹部および複数の中央凹部の下方部を互いに連続させる際、上部半導体層の下方が絶縁層で覆われているので、この絶縁層によって上部半導体層を保護することができる。その結果、上部半導体層がエッチャントによって侵食されることがないので、ダイヤフラムを狙い通りの厚さで形成することができる。よって、完成後の静電容量型圧力センサにおいて、感度のばらつきをなくすことができるので、検出精度を向上させることができる。 Furthermore, when the lower part of the peripheral concave part and the plurality of central concave parts are connected to each other by isotropic etching, the lower part of the upper semiconductor layer is covered with an insulating layer, so that the upper semiconductor layer can be protected by this insulating layer. it can. As a result, since the upper semiconductor layer is not eroded by the etchant, the diaphragm can be formed with a desired thickness. Therefore, in the completed capacitive pressure sensor, variations in sensitivity can be eliminated, so that detection accuracy can be improved.
また、この発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、前記下部半導体層上に絶縁膜を形成した後、エピタキシャル成長によって、前記絶縁層上に前記上部半導体層を形成する工程をさらに含むことが好ましい(請求項10)。エピタキシャル成長の条件を調整することによって、ダイヤフラムとなる上部半導体層の厚さを簡単に制御することができる。
また、この発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、前記周囲絶縁層および前記中央絶縁層の形成に先立って、前記周囲貫通孔および前記中央貫通孔にエッチングガスを供給することによって、前記周囲貫通孔および前記中央貫通孔の内面に残っている前記保護膜を除去する工程をさらに含むことが好ましい(請求項11)。
The method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to the present invention may further include a step of forming the upper semiconductor layer on the insulating layer by epitaxial growth after forming an insulating film on the lower semiconductor layer. Preferred (claim 10). By adjusting the conditions for epitaxial growth, the thickness of the upper semiconductor layer serving as a diaphragm can be easily controlled.
Further, in the method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to the present invention, the etching gas is supplied to the peripheral through hole and the central through hole prior to the formation of the peripheral insulating layer and the central insulating layer. Preferably, the method further includes a step of removing the protective film remaining on the inner surface of the peripheral through hole and the central through hole.
たとえば保護膜をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成していた場合、熱酸化膜に比べて膜質が低いものとなる。そこで、この方法では、保護膜を除去することによって周囲貫通孔および中央貫通孔の内面を一旦清浄化した後、半導体基板を熱酸化することによって、周囲貫通孔内および中央貫通孔内それぞれに、熱酸化膜からなる周囲絶縁層および中央絶縁層を形成する。これにより、周囲絶縁層および中央絶縁層の膜質を良好なものにすることができる。この場合、前記保護膜を除去する工程は、前記エッチングガスを前記周囲貫通孔および前記中央貫通孔に対して斜めに供給することによって、前記基準圧室の天面を形成している前記絶縁層を選択的に除去する工程を含むことが好ましい(請求項12)。これにより、製造後の静電容量型圧力センサにおいて、上部電極の下面に絶縁層を残存させず、上部電極の半導体部分を基準圧室の天面に露出させることができる。 For example, when the protective film is formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), the film quality is lower than that of the thermal oxide film. Therefore, in this method, after once cleaning the inner surface of the peripheral through hole and the central through hole by removing the protective film, by thermally oxidizing the semiconductor substrate, in each of the peripheral through hole and the central through hole, A peripheral insulating layer and a central insulating layer made of a thermal oxide film are formed. Thereby, the film quality of a surrounding insulating layer and a center insulating layer can be made favorable. In this case, the step of removing the protective film includes the step of supplying the etching gas obliquely with respect to the peripheral through hole and the central through hole to form the top surface of the reference pressure chamber. Preferably, the method includes a step of selectively removing (Claim 12). Thereby, in the manufactured capacitance type pressure sensor, the semiconductor layer of the upper electrode can be exposed to the top surface of the reference pressure chamber without leaving the insulating layer on the lower surface of the upper electrode.
また、この発明の静電容量型圧力センサの製造方法では、前記周囲凹部および前記複数の中央凹部を形成する工程は、ドット状の前記中央凹部を水玉模様パターンに配列されるように形成し、同時に、各前記中央凹部と同じ大きさのドットからなる複数の凹部を、互いに隣り合う前記中央凹部の間隔よりも狭い間隔で前記閉領域を取り囲むように環状に配列することによって前記周囲凹部を形成する工程を含み、前記周囲絶縁層および前記中央絶縁層を形成する工程は、同一の熱酸化処理によって、ドット状の前記中央凹部からなる前記中央貫通孔を酸化シリコン膜で埋めて前記中央絶縁層を形成し、同時に、ドット状の前記周囲凹部からなる前記周囲貫通孔を酸化シリコン膜で埋めるとともに、隣り合う前記周囲貫通孔中の酸化シリコン膜が互いに繋がるように、隣り合う前記周囲貫通孔で挟まれた部分も酸化シリコン膜に変質させることによって前記周囲絶縁層を形成する工程を含むことが好ましい(請求項13)。 Further, in the method of manufacturing a capacitive pressure sensor according to the present invention, the step of forming the peripheral recess and the plurality of central recesses is formed so that the dot-like central recesses are arranged in a polka dot pattern, At the same time, the peripheral recesses are formed by arranging a plurality of recesses made of dots having the same size as each of the center recesses in an annular shape so as to surround the closed region at an interval narrower than the interval between the adjacent center recesses. The step of forming the peripheral insulating layer and the central insulating layer includes filling the central through-hole formed of the dot-shaped central recess with a silicon oxide film by the same thermal oxidation treatment. At the same time, the peripheral through hole made of the dot-shaped peripheral recess is filled with a silicon oxide film, and the silicon oxide film in the adjacent peripheral through hole is filled As mutually connected, preferably includes a step of also sandwiched between the peripheral through holes adjacent portions forming the periphery insulating layer by alteration in the silicon oxide film (claim 13).
この方法によれば、周囲絶縁層と中央絶縁層を同時に形成することができるので、製造効率を向上させることができる。しかも、周囲絶縁層と中央絶縁層を形成する前段階では、周囲凹部と中央凹部が同じ大きさのドットとなるように形成されるので、周囲凹部を形成するためのエッチングレートと中央凹部を形成するためのエッチングレートとの間のばらつきを小さくすることができる。 According to this method, since the peripheral insulating layer and the central insulating layer can be formed simultaneously, the manufacturing efficiency can be improved. Moreover, in the previous stage of forming the peripheral insulating layer and the central insulating layer, the peripheral concave portion and the central concave portion are formed so as to be dots of the same size, so the etching rate and the central concave portion for forming the peripheral concave portion are formed. The variation between the etching rate and the etching rate can be reduced.
また、前記周囲絶縁層および前記中央絶縁層を形成する工程では、真空中で熱酸化処理を行うことが好ましい(請求項14)。 In the step of forming the peripheral insulating layer and the central insulating layer, it is preferable to perform a thermal oxidation process in a vacuum.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る圧力センサの製造過程で用いられるシリコンウエハの平面図である。図2は、この発明の一実施形態に係る圧力センサの平面図である。図3は、図2の切断面線III−IIIから見た断面図である。
圧力センサ1は、静電容量の変化量に基づいて圧力の変化量を検出する静電容量型圧力センサであって、図1に示すように、製造過程において、1枚のSOIウエハ2に縦横規則的に配列されて多数形成される。SOIウエハ2(以下「SOI基板2」ともいう)は、この実施形態では、図2に示すように、ともにシリコンからなる下部半導体層201と上部半導体層202との間に、酸化シリコンからなる絶縁層203が挟まれた構造を有する。SOIウエハ2の下部半導体層201および上部半導体層202は、たとえば、比抵抗が5mΩ・cm〜25mΩ・cmの低抵抗シリコンからなることが好ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view of a silicon wafer used in the manufacturing process of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along section line III-III in FIG.
The
各圧力センサ1は、半導体基板としてのSOI基板2を含む。SOI基板2の表面2A(上部半導体層202の上面)は、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる層間絶縁膜3で被覆されている。層間絶縁膜3の厚さは、5000Å〜10000Åである。層間絶縁膜3は、この実施形態では単層構造であるが、多層構造であってもよい。また、SOI基板2の裏面2B(下部半導体層201の下面)は、露出面である。
Each
SOI基板2の内部には、下部半導体層201の上面を裏面2B側へ掘り下げることによって、基準圧室4(空洞)が各圧力センサ1に1つずつ形成されている。基準圧室4は、この実施形態では、図2に示すように、平面視正方形状(立体的には、直方体状)であり、図3に示すように、SOI基板2の表面2Aに平行な方向に平たい扁平な空間である。この基準圧室4によって、SOI基板2の表面2A側の表面部には、上部半導体層202における基準圧室4と対向する部分がダイヤフラム5として形成されている。なお、図3では、説明の便宜上、薄膜状のダイヤフラム5を構成する上部半導体層202全体を、下部半導体層201よりも厚く表している。
Inside the
ダイヤフラム5には、SOI基板2の表面2Aと基準圧室4との間を貫通する2種類の貫通孔が形成されている。一方の貫通孔は、ダイヤフラム5の周縁に沿って形成された環状の周囲貫通孔6であり、他方の貫通孔は、ダイヤフラム5の周囲貫通孔6で取り囲まれた部分に配置された複数の中央貫通孔7である。
この実施形態では、ドット状の中央貫通孔7は、水玉模様パターンに配列されて多数形成されている。具体的には、中央貫通孔7は、平面視において直交する2方向に沿って等しい間隔を空けて、行列状に規則的に配列されている。なお、複数の中央貫通孔7の配列パターンは、行列状に限らず、千鳥状等のパターンであってもよい。各中央貫通孔7の径は、この実施形態では、たとえば、0.2μm〜0.5μm(好ましくは、0.4μm)である。
The
In this embodiment, a large number of dot-like central through
周囲貫通孔6は、水玉模様パターンを構成するドット状の各中央貫通孔7と同じ大きさ(たとえば、径が0.2μm〜0.5μm)の複数のドットが、中央貫通孔7を取り囲むように互いに繋がって形成されたスリット状に形成されている。このスリット状の周囲貫通孔6は、SOI基板2を表面2A側から見た平面視において、複数のドットの周面が互いに繋がって形成された波状の輪郭を有している。これにより、周囲貫通孔6の幅W1は、ダイヤフラム5の周縁に沿って狭くなったり広くなったり連続的に変化している。
The peripheral through-
周囲貫通孔6および中央貫通孔7にはそれぞれ、周囲絶縁層8および中央絶縁層9が埋め込まれている。周囲絶縁層8および中央絶縁層9は、この実施形態では、酸化シリコン(SiO2)からなる。
これにより、SOI基板2は、周囲絶縁層8によって互いに電気的に絶縁された複数の導電性領域に分離されている。この実施形態では、2つの領域に分離されており、一方の領域は、周囲絶縁層8に対して内側に配置され、基準圧室4の天面を形成する上部電極10である。他方の領域は、基準圧室4の側面および底面を形成し、周囲絶縁層8によって上部電極10を一体的に支持するフレーム部11である。フレーム部11は、下部半導体層201および絶縁層203と、上部半導体層202における上部電極10を取り囲む部分とを含む。この圧力センサ1では、上部電極10が、基準圧室4との対向方向(厚さ方向)に変位可能な可動電極である。一方、フレーム部11における基準圧室4を挟んで上部電極10に対向する部分(上部電極10の下方の部分)が、固定電極としての下部電極12である。この上部電極10と下部電極12によって、キャパシタ構造(コンデンサ)が構成されている。この構造において、フレーム部11が、上部電極10をその下方から側方にかけて覆うように形成されているため、上部電極10および下部電極12に対するコンタクト(電気的な接続)を、いずれもSOI基板2の表面2A側からとることができる。
A peripheral insulating
Thus, the
また、全ての周囲貫通孔6および中央貫通孔7が周囲絶縁層8および中央絶縁層9で閉塞されることによって、ダイヤフラム5の下方の基準圧室4は、その内部圧力が圧力検出の際の基準とされる空洞として密閉されている。基準圧室4は、この実施形態では、真空もしくは減圧状態(たとえば、10−5Torr)に保持されている。また、基準圧室4を区画する内面(底面、側面および天面)は、周囲絶縁層8および中央絶縁層9が配置された領域を除いて全ての領域に、SOI基板2の半導体部分が露出している。つまり、基準圧室4は、その大半がシリコン半導体からなる内面によって区画されている。
In addition, since all the peripheral through
層間絶縁膜3上には、第1配線13および第2配線14が形成されている。第1配線13および第2配線14は、この実施形態ではアルミニウム(Al)からなる。第1配線13は、層間絶縁膜3を通って、上部電極10に接続されている。一方、第2配線14は、層間絶縁膜3、上部半導体層202および絶縁層203を貫通して下部半導体層201に達するコンタクトホール33に埋め込まれたコンタクトプラグ29によって、下部半導体層201(フレーム部11)に接続されている。コンタクトプラグ29は、たとえばタングステン(W)等の導電材料からなる。また、コンタクトプラグ29とSOI基板2(コンタクトホール33の内面)との間には、SOI基板2の側から、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる保護膜30と、Ti/TiN等の導電材料からなるバリア膜31が介在している。なお、コンタクトプラグ29の底部にはバリア膜31のみ配置されている。これにより、コンタクトプラグ29は、その底部において下部半導体層201と電気的に接続されることとなる。また、第1配線13および第2配線14は、窒化シリコン(SiN)等の絶縁材料からなる表面保護膜15によって被覆されている。表面保護膜15には、第1配線13および第2配線14の一部を第1パッド16および第2パッド17としてそれぞれ露出させる開口18,19が形成されている。第1パッド16および第2パッド17は、たとえば、ダイヤフラム5の或る一周縁に沿って互いに隣り合って配置されている。
A
そして、第1パッド16および第2パッド17のそれぞれにバイアス電圧が与えられ、可動電極(上部電極10)と固定電極(下部電極12)との電位差が一定になっている。ここで、ダイヤフラム5がSOI基板2の表面2A側から圧力(たとえば、気体圧力)を受けると、基準圧室4の内部と外部との間に差圧が生じることによってダイヤフラム5がSOI基板2の厚さ方向に変位する。これに伴い、上部電極10と下部電極12との間隔(基準圧室4の深さ)が変化し、上部電極10と下部電極12との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づいて、圧力センサ1に生じた圧力の大きさを検出することができる。
A bias voltage is applied to each of the
図4A〜図4Nは、図1〜図3の圧力センサの製造工程の一部を工程順に示す図である。
図4Aに示すように、熱酸化によって、下部半導体層201の上面に絶縁層203を形成した後、エピタキシャル成長によって、絶縁層203上に上部半導体層202を形成する。この際、エピタキシャル成長の条件を調整することによって、ダイヤフラム5となる上部半導体層202の厚さを簡単に制御することができる。これにより、SOI基板2が形成される。なお、SOI基板2を市場から調達できるのであれば、SOI基板2を形成する手間を省くことができる。
4A to 4N are diagrams showing a part of the manufacturing process of the pressure sensor of FIGS. 1 to 3 in the order of steps.
As shown in FIG. 4A, after the insulating
次に、熱酸化によって、SOI基板2(ウエハ)の表面2Aに層間絶縁膜3を形成する。層間絶縁膜3の形成は、プラズマCVDによって行ってもよい。次に、層間絶縁膜3上に、所定の形状を有するレジストパターン20を、フォトリソグラフィによって形成する。
次に、図4Bに示すように、レジストパターン20をマスクとする異方性のディープRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)によって、具体的にはボッシュプロセスにより、SOI基板2の上部半導体層202を掘り下げる。エッチングは、エッチングによって形成される凹部の底面が絶縁層203に達するまで行われ、絶縁層203に達した時点で、この絶縁層203がエッチングストップ層として機能して終了する。つまり、シリコンからなる上部半導体層202と、酸化シリコンからなる絶縁層203とのエッチング選択比の差を利用して、絶縁層203をエッチングストップ層として利用することができる。このエッチングによって、SOI基板2の表面2Aに閉領域21を区画するように複数の周囲凹部22が上部半導体層202に形成され、同時に、当該閉領域21に複数の中央凹部23が上部半導体層202に形成される。閉領域21は、最終的に上部電極10となる部分である。周囲凹部22および中央凹部23は、具体的には、図5(a)に示すように、ドット状の中央凹部23を水玉模様パターン(たとえば、行列状、千鳥状等)に配列されるように形成し、同時に、各中央凹部23と同じ大きさのドットからなる複数の周囲凹部22を、互いに隣り合う中央凹部23の間隔(ピッチ)P1よりも狭い間隔(ピッチ)P2で、閉領域21を取り囲むように環状に配列するパターンで形成する(P1>P2)。
Next, an
Next, as shown in FIG. 4B, the upper semiconductor layer of the
また、ボッシュプロセスでは、SF6(六フッ化硫黄)を使用してSOI基板2をエッチングする工程と、C4F8(パーフルオロシクロブタン)を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。これにより、高いアスペクト比でSOI基板2をエッチングすることができるが、エッチング面(周囲凹部22および中央凹部23の内周面)にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。周囲凹部22および中央凹部23の形成後、レジストパターン20を剥離する。
In the Bosch process, a step of etching the
次に、図4Cに示すように、周囲凹部22および中央凹部23の内面全域(つまり、周囲凹部22および中央凹部23の内周面および底面)に、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる保護膜24を形成する。保護膜24が酸化シリコンからなる場合、保護膜24は、SOI基板2の熱酸化、プラズマCVDのいずれの方法でも形成することができるが、プラズマCVDを採用することが好ましい。プラズマCVDは、SOI基板2の熱酸化とは異なり、周囲凹部22および中央凹部23の内面に対して内側の部分(上部半導体層202の一部)を利用して、当該部分を酸化シリコン膜に変質して形成する方法ではない。プラズマCVDは、外部から周囲凹部22および中央凹部23の内面に酸化シリコン膜を堆積させる方法である。したがって、保護膜24の形成後も、最終的に上部電極10となる閉領域21の半導体部分(周囲凹部22および中央凹部23以外の部分)の面積を維持することができる。
Next, as shown in FIG. 4C, an insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) is applied to the entire inner surface of the
次に、図4Dに示すように、エッチバックによって、保護膜24における周囲凹部22および中央凹部23の底面上の部分を、絶縁層203とともに選択的に除去する。これにより、周囲凹部22および中央凹部23の底面に下部半導体層201が露出した状態となる。
次に、図4Eに示すように、層間絶縁膜3をマスクとする異方性のディープRIEによって、周囲凹部22および中央凹部23の底面をさらに掘り下げる。これにより、周囲凹部22および中央凹部23の底部に、下部半導体層201の結晶面が露出した露出空間25,26が形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, portions of the
Next, as shown in FIG. 4E, the bottom surfaces of the
次に、図4Fに示すように、等方性のRIEによって、周囲凹部22および中央凹部23の露出空間25,26に反応性イオンおよびエッチングガスを供給する。そして、その反応性イオンなどの作用によって、下部半導体層201が、各露出空間25,26を起点にSOI基板2の厚さ方向にエッチングされつつ、SOI基板2の表面2Aに平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間25,26が一体化して、SOI基板2の内部に基準圧室4が形成され、同時に、基準圧室4に対する表面2A側に上部半導体層202からなるダイヤフラム5が形成される。また、基準圧室4の形成を以って、周囲凹部22および中央凹部23はそれぞれ、SOI基板2の表面2Aと基準圧室4との間を貫通する周囲貫通孔6および中央貫通孔7となる。さらに、SOI基板2が、閉領域21からなる上部電極10とフレーム部11に区画される。
Next, as shown in FIG. 4F, reactive ions and etching gas are supplied to the exposed
次に、図4Gに示すように、周囲貫通孔6および中央貫通孔7にエッチングガスを供給することによって、周囲貫通孔6および中央貫通孔7の内面に残っている保護膜24を除去する。この実施形態では、エッチングガスとして、たとえばフッ酸(HF)を用い、そのエッチングガスを周囲貫通孔6および中央貫通孔7に対して斜めに供給する。これにより、保護膜24を除去して周囲貫通孔6および中央貫通孔7の内面に上部半導体層202の結晶面を露出させることができるとともに、同時に、上部半導体層202の下面に残っている絶縁層203を選択的に除去することができる。
Next, as shown in FIG. 4G, the
上記のように、保護膜24は、プラズマCVDによって形成しているため、熱酸化膜に比べて膜質が低いものとなる。そこで、図4Gのように、保護膜24を除去しておくことによって周囲貫通孔6および中央貫通孔7の内面を一旦清浄化しておけば、後述する工程において、周囲貫通孔6内および中央貫通孔7内それぞれに、熱酸化膜からなる周囲絶縁層8および中央絶縁層9を形成することができる。これにより、周囲絶縁層8および中央絶縁層9の膜質を良好なものにすることができる。
As described above, since the
次に、図4Hに示すように、たとえば真空中で、SOI基板2を熱酸化(たとえば、1100℃〜1150℃で24時間)することによって、周囲絶縁層8および中央絶縁層9を同時に形成する。具体的には、図5(b)に示すように、SOI基板2を熱酸化すると、ダイヤフラム5の一部が、各周囲貫通孔6および各中央貫通孔7の外周から同心円状に酸化シリコン膜に変質するとともに、当該酸化シリコン膜が熱膨張して各周囲貫通孔6および各中央貫通孔7を埋める。図5(b)において、破線で示した円が、周囲絶縁層8および中央絶縁層9の形成前に存在していた周囲貫通孔6および中央貫通孔7の輪郭である。
Next, as shown in FIG. 4H, the peripheral insulating
そして、この熱酸化の際、中央貫通孔7のピッチP1が周囲貫通孔6のピッチP2よりも広いことから、或る中央貫通孔7から外側へ広がる酸化シリコン膜が、隣の中央貫通孔7から外側へ広がる酸化シリコン膜と出会うまでの時間を、或る周囲貫通孔6から外側へ広がる酸化シリコン膜が、隣の周囲貫通孔6から外側へ広がる酸化シリコン膜と出会うまでの時間に比べて長くすることができる。これにより、隣り合う中央貫通孔7で挟まれた半導体部分27をシリコンの状態で残す一方、隣り合う周囲貫通孔6で挟まれた半導体部分28を酸化シリコン膜に変質させて、隣り合う周囲貫通孔6中の酸化シリコン膜を互いに繋げることができる。その結果、複数のドットの周面が互いに繋がって形成された波状の輪郭を有するスリット状の周囲絶縁層8を形成することができる。
Then, the time of thermal oxidation, since the pitch P 1 of the central through-
このように、周囲絶縁層8と中央絶縁層9を同時に形成することによって、製造効率を向上させることができる。しかも、周囲絶縁層8と中央絶縁層9を形成する前段階(図5(a)参照)では、周囲凹部22と中央凹部23が同じ大きさのドットとなるように形成されるので、周囲凹部22を形成するためのエッチングレートと中央凹部23を形成するためのエッチングレートとの間のばらつきを小さくすることができる。
As described above, the manufacturing efficiency can be improved by forming the peripheral insulating
次に、図4Iに示すように、コンタクトプラグ29の形状に対応する開口を有するレジストパターン32をマスクとする異方性のディープRIEによって、具体的にはボッシュプロセスにより、SOI基板2の上部半導体層202を掘り下げる。エッチングは、エッチングによって形成される凹部の底面が絶縁層203を通って下部半導体層201に達するまで行われる。これにより、コンタクトホール33が形成される。
Next, as shown in FIG. 4I, the upper semiconductor of the
次に、図4Jに示すように、コンタクトホール33の内面全域(つまり、コンタクトホール33の内周面および底面)に、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる保護膜30を形成する。保護膜30が酸化シリコンからなる場合、保護膜30は、SOI基板2の熱酸化、プラズマCVDのいずれの方法でも形成することができる。
次に、図4Kに示すように、エッチバックによって、保護膜30におけるコンタクトホール33の底面上の部分を選択的に除去する。これにより、コンタクトホール33の底面に下部半導体層201が露出した状態となる。
Next, as shown in FIG. 4J, a
Next, as shown in FIG. 4K, the portion of the
次に、図4Lに示すように、スパッタによって、保護膜30上に、Ti/TiN等の導電材料からなるバリア膜31を形成する。次に、プラズマCVDによって、タングステン(W)等の導電材料を、コンタクトホール33を埋め尽くすまで堆積させた後、堆積した導電膜のうち、コンタクトホール33外の部分をエッチバックによって除去する。これにより、コンタクトホール33に埋め込まれたコンタクトプラグ29が形成される。
Next, as shown in FIG. 4L, a
次に、図4Mに示すように、たとえばプラズマエッチングによって、層間絶縁膜3を選択的に除去して、上部電極10およびコンタクトプラグ29を選択的に露出させる。なお、この工程に先立って、層間絶縁膜3の薄膜化を行ってもよい。薄膜化は、たとえば、エッチバック、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)によって行うことができる。
Next, as shown in FIG. 4M, the
次に、図4Nに示すように、層間絶縁膜3上に、第1配線13および第2配線14を形成する。この後、表面保護膜15、開口18,19等を形成することによって、図3等に示す構造の圧力センサ1が得られる。
以上の方法によれば、異方性のディープRIEによって上部半導体層202に周囲凹部22および中央凹部23を形成した後(図4Bおよび図5(a))、異方性のディープRIEおよび等方性のRIEを連続して実行することによって(図4E〜図4F)、下部半導体層201を掘り下げてSOI基板2内部に基準圧室4を形成し、同時に、ダイヤフラム5を形成することができる。そして、周囲貫通孔6および中央貫通孔7をそれぞれ、周囲絶縁層8および中央絶縁層9で埋めることによって、全ての貫通孔6,7を閉塞することができる。その結果、基準圧室4を、圧力を検出するときの基準圧力(真空)に保持された状態で密閉することができる。
Next, as shown in FIG. 4N, the
According to the above method, after forming the
すなわち、この実施形態の製造方法によれば、基準圧室4の形成にあたって、SOI基板2のみに対してディープRIE、熱酸化などの各種処理を施すだけでよく、SOI基板2に接合するための基板(たとえば、ガラス基板等)を別途用意したり、その基板をSOI基板2に貼り合わせたりする必要がない。
この方法によって製造された圧力センサ1は、1枚のSOI基板2の内部に基準圧室4を有するため、別の基板の使用に起因するコスト上昇を防止できる。加えて、基準圧室4が1枚のSOI基板2によって画成されるため、小型である。したがって、この実施形態では、低コストかつ小型な圧力センサ1を簡単に製造することができる。しかも、使用される基板がSOI基板2といった安価な材料であるため、基板に要するコストを一層低減することができる。
That is, according to the manufacturing method of this embodiment, in forming the
Since the
そして、圧力センサ1は、上部電極10と下部電極12との間の静電容量の変化に基づいてダイヤフラム5が受けた圧力を検出する静電容量型である。すなわち、周囲温度の変化に依存しやすいピエゾ素子を圧力検出のための素子として用いないので、周囲温度が多様に変化する状況の中でも検出精度のばらつきを小さくすることができる。
さらに、等方性エッチングによって周囲凹部22および中央凹部23の下方部を互いに連続させる際(図4F)、上部半導体層202の下面が絶縁層203で覆われているので、この絶縁層203によって上部半導体層202を保護することができる。その結果、上部半導体層202がエッチャントによって侵食されることがないので、ダイヤフラム5を狙い通りの厚さで形成することができる。よって、完成後の圧力センサ1において、感度のばらつきをなくすことができるので、検出精度を向上させることができる。
The
Furthermore, when the lower portions of the
また、基準圧室4の天面(すなわち、上部電極10の下面であって、下部電極12との対向面)が絶縁層203で被覆されておらず、シリコン半導体として露出している。そのため、上部電極10が下部電極12に接触した際に、上部電極10が帯電することを回避することができる。
また、基準圧室4内が真空に保持されるため、外部環境の温度変化による基準圧室4内の圧力変化を防止することができる。その結果、圧力センサ1の圧力検出精度を向上させることができる。
The top surface of the reference pressure chamber 4 (that is, the lower surface of the
Moreover, since the inside of the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、周囲絶縁層8および中央絶縁層9を同一の熱酸化処理によって形成したが、これらの絶縁層は、別々の熱酸化工程によって形成することもできる。
また、周囲絶縁層8および中央絶縁層9は、基準圧室4を密閉するできる形状であればよいので、前述の実施形態のように、周囲貫通孔6および中央貫通孔7を必ずしも埋め込まれている必要はない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, in the above-described embodiment, the peripheral insulating
Further, since the peripheral insulating
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1 圧力センサ
2 SOI基板
2A 表面
2B 裏面
201 下部半導体層
202 上部半導体層
203 絶縁層
4 基準圧室
5 ダイヤフラム
6 周囲貫通孔
7 中央貫通孔
8 周囲絶縁層
9 中央絶縁層
10 上部電極
11 フレーム部
12 下部電極
13 第1配線
14 第2配線
21 閉領域
22 周囲凹部
23 中央凹部
24 保護膜
28 半導体部分
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記半導体基板の前記上部半導体層に選択的に形成されたダイヤフラムであって、前記上部半導体層の表面と前記基準圧室との間を貫通し、その内側に当該ダイヤフラムの一部からなる上部電極を区画する環状の周囲貫通孔と、前記上部電極において前記上部半導体層の表面と前記基準圧室との間を貫通する複数の中央貫通孔とが形成されたダイヤフラムと、
前記周囲貫通孔内に設けられ、前記周囲貫通孔を閉塞するとともに、前記上部電極を前記上部半導体層の他の部分から電気的に分離する周囲絶縁層と、
各前記中央貫通孔内に設けられ、前記中央貫通孔を閉塞する中央絶縁層とを含む、静電容量型圧力センサ。 A semiconductor substrate having a structure in which an insulating layer is sandwiched between a lower semiconductor layer and an upper semiconductor layer, and a reference pressure chamber in which the lower semiconductor layer is dug and partitioned; and
A diaphragm selectively formed in the upper semiconductor layer of the semiconductor substrate, wherein the upper electrode penetrates between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber, and is part of the diaphragm inside the diaphragm. A diaphragm in which a plurality of central through holes penetrating between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber in the upper electrode are formed;
A surrounding insulating layer provided in the surrounding through hole, closing the surrounding through hole, and electrically separating the upper electrode from other parts of the upper semiconductor layer;
A capacitance-type pressure sensor including a central insulating layer provided in each of the central through holes and closing the central through hole.
前記周囲貫通孔は、前記水玉模様パターンを構成するドット状の各前記中央貫通孔と同じ大きさの複数のドットが、前記上部電極を取り囲むように互いに繋がって形成されたスリット状に形成されている、請求項1または2に記載の静電容量型圧力センサ。 The central through holes are arranged in a polka dot pattern,
The peripheral through hole is formed in a slit shape in which a plurality of dots having the same size as each of the dot-shaped central through holes constituting the polka dot pattern are connected to each other so as to surround the upper electrode. The capacitive pressure sensor according to claim 1 or 2.
前記下部半導体層に接続された第2配線とをさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の静電容量型圧力センサ。 A first wiring connected to the upper electrode;
The capacitive pressure sensor according to claim 1, further comprising a second wiring connected to the lower semiconductor layer.
前記周囲凹部および前記中央凹部の各内面に酸化シリコンからなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜および前記絶縁層における前記周囲凹部および前記中央凹部の底面上の部分を選択的に除去する工程と、
異方性エッチングによって前記周囲凹部および前記中央凹部を前記下部半導体層中に掘り下げた後、等方性エッチングによって前記周囲凹部および前記複数の中央凹部の下方部を互いに連続させることによって前記下部半導体層に掘り込まれた基準圧室を形成し、同時に、当該基準圧室に対して前記表面側に配置された前記上部半導体層に、前記閉領域からなる上部電極を含むダイヤフラムを形成する工程と、
前記半導体基板を熱酸化することによって、前記上部半導体層の前記表面と前記基準圧室との間を貫通している前記周囲凹部からなる周囲貫通孔内に、前記周囲貫通孔を閉塞するとともに、前記上部電極を前記上部半導体層の他の部分から電気的に分離するような酸化シリコンからなる周囲絶縁層を形成する工程と、
前記半導体基板を熱酸化することによって、前記上部半導体層の前記表面と前記基準圧室との間を貫通している前記中央凹部からなる中央貫通孔内に、前記中央貫通孔を閉塞するような酸化シリコンからなる中央絶縁層を形成する工程とを含む、静電容量型圧力センサの製造方法。 A semiconductor substrate having a structure in which an insulating layer made of silicon oxide is sandwiched between a lower semiconductor layer made of silicon and an upper semiconductor layer, an annular peripheral recess that partitions a closed region on the surface of the upper semiconductor layer, and Selectively forming a plurality of central recesses disposed in a closed region so as to reach the insulating layer from the surface of the upper semiconductor layer;
Forming a protective film made of silicon oxide on each inner surface of the peripheral recess and the central recess;
Selectively removing portions of the protective film and the insulating layer on the bottom surface of the peripheral recess and the central recess;
The lower semiconductor layer is formed by digging the peripheral recess and the central recess into the lower semiconductor layer by anisotropic etching, and then making the lower portions of the peripheral recess and the plurality of central recesses continuous with each other by isotropic etching. Forming a reference pressure chamber dug in, and simultaneously forming a diaphragm including the upper electrode made of the closed region in the upper semiconductor layer disposed on the surface side with respect to the reference pressure chamber;
By thermally oxidizing the semiconductor substrate, the peripheral through hole is closed in the peripheral through hole formed of the peripheral recess passing through between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber, and Forming a peripheral insulating layer made of silicon oxide to electrically isolate the upper electrode from other parts of the upper semiconductor layer;
By thermally oxidizing the semiconductor substrate, the central through hole is closed in a central through hole formed by the central recess passing through between the surface of the upper semiconductor layer and the reference pressure chamber. And a step of forming a central insulating layer made of silicon oxide.
前記周囲絶縁層および前記中央絶縁層を形成する工程は、同一の熱酸化処理によって、ドット状の前記中央凹部からなる前記中央貫通孔を酸化シリコン膜で埋めて前記中央絶縁層を形成し、同時に、ドット状の前記周囲凹部からなる前記周囲貫通孔を酸化シリコン膜で埋めるとともに、隣り合う前記周囲貫通孔中の酸化シリコン膜が互いに繋がるように、隣り合う前記周囲貫通孔で挟まれた部分も酸化シリコン膜に変質させることによって前記周囲絶縁層を形成する工程を含む、請求項9〜12のいずれか一項に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。 The step of forming the peripheral recesses and the plurality of center recesses is formed by arranging the dot-like center recesses so as to be arranged in a polka dot pattern, and at the same time, a plurality of dots having the same size as each of the center recesses Forming the peripheral recesses by arranging the recesses in an annular shape so as to surround the closed region at an interval narrower than the interval between the adjacent central recesses;
The step of forming the surrounding insulating layer and the central insulating layer includes forming the central insulating layer by filling the central through-hole formed by the dot-shaped central concave portion with a silicon oxide film by the same thermal oxidation treatment, In addition, the peripheral through hole made of the dot-shaped peripheral concave portion is filled with a silicon oxide film, and a portion sandwiched between adjacent peripheral through holes is connected so that the silicon oxide films in the adjacent peripheral through holes are connected to each other. The method for manufacturing a capacitive pressure sensor according to any one of claims 9 to 12, comprising a step of forming the surrounding insulating layer by transforming into a silicon oxide film.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018205304A (en) * | 2017-05-30 | 2018-12-27 | ローム株式会社 | Method for manufacturing MEMS element, MEMS element and MEMS module |
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2012
- 2012-02-02 JP JP2012021209A patent/JP2013160567A/en active Pending
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