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JPH11223569A - Method for manufacturing semiconductor pressure sensor - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor pressure sensor

Info

Publication number
JPH11223569A
JPH11223569A JP2319298A JP2319298A JPH11223569A JP H11223569 A JPH11223569 A JP H11223569A JP 2319298 A JP2319298 A JP 2319298A JP 2319298 A JP2319298 A JP 2319298A JP H11223569 A JPH11223569 A JP H11223569A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
diaphragm
etching
impurity concentration
epitaxial layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2319298A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3972442B2 (en
Inventor
Mineichi Sakai
峰一 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP02319298A priority Critical patent/JP3972442B2/en
Publication of JPH11223569A publication Critical patent/JPH11223569A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3972442B2 publication Critical patent/JP3972442B2/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the manufacturing of a semiconductor pressure sensor which is capable of implementing reduction in manufacturing cost and is superior in reliability to life and the degree of freedom in element arrangement. SOLUTION: At a region corresponding to a region on an N bulk wafer 12 where a diaphragm 4 is formed, a heavily doped layer 14 is formed in an impurity introducing process, and further an N epitaxial layer 3 is formed in an epitaxial growth process. An impurity is introduced to the N epitaxial layer 3 to form a gauge resistance 6 in a gauge resistance forming process. Wiring films 6a and 11a connected to contacts 6b and 11b are formed in a wiring forming process. A hole part 10 reaching the layer 14 is formed in the N epitaxial layer 3 in a hole part forming process. The layer 14 is selectively removed by etching through the hole part 10 to form a cavity part for a pressure reference chamber 5 and a diaphragm 4 in a sacrifice layer etching process. A pressure reference chamber 5 is formed by sealing the hole part 10 with a sealing film 9 in a sealing process.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力の印加に応じ
て変位するダイヤフラムを半導体のエピタキシャル層に
より形成した半導体圧力センサの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor pressure sensor in which a diaphragm which is displaced in response to application of pressure is formed by a semiconductor epitaxial layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】(第1の従来例)例えば特開平8−27
4350号公報には、単結晶シリコン基板上にエピタキ
シャル成長により作られたダイヤフラムを形成すると共
に、このダイヤフラム及び単結晶シリコン基板間に圧力
基準室となる空隙室を形成し、上記ダイヤフラムにゲー
ジ抵抗を形成した半導体圧力センサが記載されている。
このように構成された半導体圧力センサにおいては、基
本構造部分を単結晶シリコンのみを利用して製造できる
ため、ダイヤフラムをポリシリコンにより形成する場合
に比べて、良好な精度及び感度特性が得られるという利
点がある。
2. Description of the Related Art (First Conventional Example)
No. 4350 discloses a method in which a diaphragm formed by epitaxial growth is formed on a single crystal silicon substrate, a gap chamber serving as a pressure reference chamber is formed between the diaphragm and the single crystal silicon substrate, and a gauge resistor is formed in the diaphragm. A described semiconductor pressure sensor is described.
In the semiconductor pressure sensor configured as described above, since the basic structure can be manufactured using only single crystal silicon, better accuracy and sensitivity characteristics can be obtained as compared with the case where the diaphragm is formed of polysilicon. There are advantages.

【0003】上記公報には、このような半導体圧力セン
サを製造する方法として、SOIウェハを利用し、その
シリコン酸化膜(絶縁分離膜)を犠牲層エッチングする
技術が開示されている。具体的には、この製造方法は、
SOIウェハにおけるSOIシリコン及びシリコン酸化
膜を、所要箇所を島状に残した状態で除去した後に、そ
のSOIウェハ上に、ダイヤフラムとなる部分(島状に
残置されたシリコン酸化膜に対応した領域部分)を含ん
だエピタキシャル層を成長させる。さらに、最終的にダ
イヤフラムとなる部分にゲージ抵抗を形成すると共に、
SOIウェハの表面からシリコン酸化膜に達する連通孔
を形成し、この連通孔からシリコン酸化膜を選択的にエ
ッチングして空隙室を形成し、この後に減圧CVD法に
よりポリシリコン膜を成膜することによって上記連通孔
を塞ぐという各工程を順次実行するようになっている。
The above-mentioned publication discloses a technique of manufacturing such a semiconductor pressure sensor by using a SOI wafer and etching a silicon oxide film (insulating isolation film) of the sacrificial layer. Specifically, this manufacturing method
After removing the SOI silicon and the silicon oxide film in the SOI wafer in a state where a required portion is left in an island shape, a portion serving as a diaphragm (a region corresponding to the silicon oxide film left in the island shape) is formed on the SOI wafer. ) Is grown. Furthermore, while forming the gauge resistance in the part that will eventually become the diaphragm,
Forming a communication hole from the surface of the SOI wafer to the silicon oxide film, selectively etching the silicon oxide film from the communication hole to form a void space, and thereafter forming a polysilicon film by a low pressure CVD method; Thus, the respective steps of closing the communication hole are sequentially executed.

【0004】(第2の従来例)また、例えば特開平5−
63209号公報中には、N型シリコン基板上に、最終
的に空洞領域となるP型エピタキシャル層とダイヤフラ
ム厚さに対応したN型エピタキシャルとを積層したセン
サ用基板を用意し、そのP型エピタキシャル層を電気化
学ストップエッチングにより除去することによって、ダ
イヤフラム及び空洞領域を形成した後に、その空洞領域
を封止するようにした半導体センサの製造方法が記載さ
れている。
(Second conventional example) Further, for example,
JP-A-63209 discloses a sensor substrate in which a P-type epitaxial layer finally serving as a cavity region and an N-type epitaxial layer corresponding to a diaphragm thickness are prepared on an N-type silicon substrate. A method of manufacturing a semiconductor sensor is described in which a layer is removed by electrochemical stop etching to form a diaphragm and a cavity, and then the cavity is sealed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】第1の従来例の構成で
は、半導体圧力センサの製造に当たって、基板コストが
比較的高いSOIウェハを使用しているため、その製造
コストが高騰するという問題点がある。また、SOIウ
ェハ上に島状に残置されたSOIシリコンを覆った状態
でエピタキシャル層が形成される関係上、そのエピタキ
シャル層には、ダイヤフラム領域とそれ以外の領域との
間にSOIシリコンの膜厚に相当した段差が生ずること
になる。このため、ダイヤフラムの周辺部分(段差部
分)での耐圧が低下することになり、これが寿命に対す
る信頼性を低下させる原因になる恐れがある。
In the structure of the first prior art, a semiconductor pressure sensor is manufactured by using an SOI wafer whose substrate cost is relatively high, so that the manufacturing cost increases. is there. In addition, since the epitaxial layer is formed in a state of covering the SOI silicon left in an island shape on the SOI wafer, the thickness of the SOI silicon film is formed between the diaphragm region and the other region because the epitaxial layer is formed. Will occur. For this reason, the withstand voltage in the peripheral portion (step portion) of the diaphragm is reduced, which may cause a reduction in reliability with respect to the life.

【0006】また、第2の従来例の構成では、ダイヤフ
ラムの周辺部分に段差が生じないという利点があるもの
の、N/P/Nの三層構造のエピタキシャルウェハが必
要になるため製造コストがさらに高騰するという問題点
がある。しかも、電気化学ストップエッチングを行う関
係上、ウェハに電圧を印加するための配線が必要になる
という事情があり、このため、その配線の存在に起因し
て素子配置の自由度が低下するという問題が生ずると共
に、チップサイズの増大、ウェハからのチップ取れ数の
低下、エッチングの歩留まりの低下などに起因した製造
コストの上昇を来たすという問題点もあった。
Further, the configuration of the second conventional example has the advantage that no step is formed in the peripheral portion of the diaphragm, but requires an epitaxial wafer having a three-layer structure of N / P / N, which further increases the manufacturing cost. There is a problem of soaring. In addition, due to the need to perform electrochemical stop etching, wiring for applying a voltage to the wafer is required, and therefore, the degree of freedom in element arrangement is reduced due to the presence of the wiring. In addition to the above, there has been a problem that the manufacturing cost is increased due to an increase in chip size, a decrease in the number of chips to be removed from a wafer, a decrease in the yield of etching, and the like.

【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、製造コストの低減を実現できると共
に、寿命に対する信頼性並びに素子配置の自由度に優れ
た半導体圧力センサを製造できるようになる方法を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the manufacturing cost and to manufacture a semiconductor pressure sensor excellent in reliability with respect to life and flexibility in element arrangement. It is to provide a way to become.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載したような半導体圧力センサの製造
方法を採用することができる。この方法によれば、不純
物導入工程において、半導体ウェハ上におけるダイヤフ
ラムの形成領域と対応した領域に不純物高濃度層が形成
され、エピタキシャル成長工程において、上記のように
不純物高濃度層が形成された半導体ウェハ上にエピタキ
シャル層が形成され、ゲージ抵抗形成工程において、前
記エピタキシャル層における前記不純物高濃度層と対応
した位置にゲージ抵抗のための不純物が導入される。さ
らに、穴部形成工程において、前記エピタキシャル層に
前記不純物高濃度層まで達する穴部が形成され、犠牲層
エッチング工程において、前記穴部を通じたエッチング
により前記不純物高濃度層が選択的に除去されるのに応
じて圧力基準室のための空洞部及びダイヤフラムが形成
される。この後には、封止工程において、前記穴部を封
止して前記空洞部を密閉することにより、ダイヤフラム
に対応した圧力基準室が形成される。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor pressure sensor as described in claim 1 can be adopted. According to this method, the high impurity concentration layer is formed in the region corresponding to the diaphragm formation region on the semiconductor wafer in the impurity introduction step, and the high impurity concentration layer is formed in the epitaxial growth step as described above. An epitaxial layer is formed thereon, and in a gauge resistance forming step, an impurity for a gauge resistance is introduced into a position corresponding to the impurity high concentration layer in the epitaxial layer. Further, in the hole forming step, a hole reaching the high impurity concentration layer is formed in the epitaxial layer, and in the sacrificial layer etching step, the impurity high concentration layer is selectively removed by etching through the hole. Accordingly, a cavity and a diaphragm for the pressure reference chamber are formed. Thereafter, in a sealing step, the hole is sealed and the cavity is sealed to form a pressure reference chamber corresponding to the diaphragm.

【0009】このように半導体圧力センサを製造するに
当たって、半導体ウェハ上にエピタキシャル層を成長さ
せただけの安価な基板材料を用いることができるから、
従来構成のようなSOI基板やN/P/N三層構造のエ
ピタキシャルウェハを使用する場合に比べて製造コスト
を低減できることになる。また、ダイヤフラムのための
エピタキシャル層をフラットな状態で成長させることが
できて、当該ダイヤフラムの周辺部分に段差を生ずるこ
とがないから、その周辺部分での耐圧の低下を来たすこ
とがなくて、寿命に対する信頼性に優れた半導体圧力セ
ンサを製造できるようになる。さらに、不純物高濃度層
の選択エッチングには、従来のような電気化学ストップ
エッチングを使用しなくても済むから、電圧を印加する
ための配線が不要となって、その配線に起因した素子配
置の自由度の低下を来たす恐れがなくなると共に、チッ
プサイズの増大、チップ取れ数の低下及びエッチングの
歩留まりの低下などを来たすこともなくなるものであ
り、この面からも製造コストを低減できるようになる。
In manufacturing a semiconductor pressure sensor as described above, it is possible to use an inexpensive substrate material in which an epitaxial layer is grown on a semiconductor wafer.
The manufacturing cost can be reduced as compared with the case of using an SOI substrate or an N / P / N three-layer epitaxial wafer as in the conventional configuration. Further, since the epitaxial layer for the diaphragm can be grown in a flat state, and no step is generated in the peripheral portion of the diaphragm, the breakdown voltage in the peripheral portion does not decrease, and the life is reduced. A semiconductor pressure sensor having excellent reliability can be manufactured. Furthermore, the selective etching of the high impurity concentration layer does not require the use of the conventional electrochemical stop etching, so that a wiring for applying a voltage is not required, and the element arrangement caused by the wiring is not required. This eliminates the possibility of lowering the degree of freedom, and also prevents the chip size from increasing, the number of chips to be obtained from being reduced, the etching yield from lowering, and the like, and the manufacturing cost can be reduced from this aspect as well.

【0010】請求項2記載の発明によれば、ダイヤフラ
ムを形成するエピタキシャル層上に、酸化膜及び窒化膜
がこの順に形成されているから、ダイヤフラムを覆った
状態の酸化膜が吸湿することが窒化膜により抑止される
ようになる。このため、上記酸化膜の吸湿に応じたダイ
ヤフラムの変形が未然に防止されるようになり、結果的
に半導体圧力センサの動作信頼性も向上することにな
る。
According to the second aspect of the present invention, since the oxide film and the nitride film are formed in this order on the epitaxial layer forming the diaphragm, the oxide film covering the diaphragm absorbs moisture. It becomes suppressed by the film. Therefore, the deformation of the diaphragm in accordance with the moisture absorption of the oxide film is prevented beforehand, and as a result, the operation reliability of the semiconductor pressure sensor is improved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照しながら説明する。図3には、本実施例によ
る方法で製造される半導体圧力センサの摸式的な断面構
造が示されている。この図3において、半導体圧力セン
サ1は、N型シリコン基板2(本発明でいう支持基板に
相当)上のNエピタキシャル層3によって形成されたダ
イヤフラム4と、このダイヤフラム4及びシリコン基板
2間に密閉状態で形成された圧力基準室5と、ダイヤフ
ラム4上に不純物拡散により形成されたゲージ抵抗6と
を備えた基本構造を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows a schematic sectional structure of a semiconductor pressure sensor manufactured by the method according to the present embodiment. In FIG. 3, a semiconductor pressure sensor 1 includes a diaphragm 4 formed by an N epitaxial layer 3 on an N-type silicon substrate 2 (corresponding to a support substrate in the present invention), and a hermetic seal between the diaphragm 4 and the silicon substrate 2. It has a basic structure including a pressure reference chamber 5 formed in a state and a gauge resistor 6 formed on the diaphragm 4 by impurity diffusion.

【0012】具体的には、ダイヤフラム4を含むNエピ
タキシャル層3上には、絶縁保護膜としてのシリコン酸
化膜7及び吸湿防止などの機能を果たすシリコン窒化膜
8がこの順に成膜されている。さらに、この上にダイヤ
フラム4及び図示しないボンディングパッド部などを除
いた部分を覆うようにして表面パッシベーション膜を兼
用する封止膜9が堆積されており、この封止膜9によっ
て、前記圧力基準室5を形成するときに使用された穴部
10を気密に封止した構造となっている。
More specifically, on the N epitaxial layer 3 including the diaphragm 4, a silicon oxide film 7 as an insulating protective film and a silicon nitride film 8 which functions to prevent moisture absorption are formed in this order. Further, a sealing film 9 also serving as a surface passivation film is deposited thereon so as to cover portions other than the diaphragm 4 and a bonding pad portion (not shown). 5 has a structure in which the hole 10 used for forming the airtight seal 5 is hermetically sealed.

【0013】尚、シリコン窒化膜8上には、ゲージ抵抗
6のための配線膜6aが形成されており、この配線膜6
aは、シリコン酸化膜7及びシリコン窒化膜8を貫通す
るように設けられたコンタクト6bを介してゲージ抵抗
6に接続されている。また、Nエピタキシャル層3に
は、これを高電位状態に固定するためのN領域11が
形成されており、このN領域11も、シリコン窒化膜
8上の配線膜11aに対して、シリコン酸化膜7及びシ
リコン窒化膜8を貫通するように設けられたコンタクト
11bを介して接続されている。
On the silicon nitride film 8, a wiring film 6a for the gauge resistor 6 is formed.
a is connected to the gauge resistor 6 via a contact 6b provided to penetrate the silicon oxide film 7 and the silicon nitride film 8. The N epitaxial layer 3, which is N + region 11 for fixing to a high potential state is formed, for this N + region 11 also, the wiring layer 11a on the silicon nitride film 8, a silicon The connection is made via a contact 11b provided to penetrate the oxide film 7 and the silicon nitride film 8.

【0014】さて、図1及び図2には上述のように構成
された半導体圧力センサ1の製造工程が摸式的に示され
ており、以下これについて説明する。最初に、図1
(a)に示すような不純物導入工程を行う。この不純物
導入工程では、まず、不純物濃度が1014〜1017
cm−3程度に設定された面方位(100)のNバルクウ
ェハ12(本発明でいう半導体ウェハに相当)を用意
し、このNバルクウェハ12上の全域に膜厚が100〜
1000nm程度の熱酸化膜13を形成する。次いで、N
バルクウェハ12上における前記ダイヤフラム4の形成
領域と対応した領域の熱酸化膜13をエッチングなどに
より除去した後に、ボロンを拡散させることによって不
純物高濃度層14を形成する。
Now, FIGS. 1 and 2 schematically show the manufacturing process of the semiconductor pressure sensor 1 configured as described above, which will be described below. First, FIG.
An impurity introduction step as shown in FIG. In this impurity introducing step, first, the impurity concentration is 10 14 to 10 17
An N bulk wafer 12 (corresponding to a semiconductor wafer in the present invention) having a plane orientation (100) set to about cm −3 is prepared, and a film thickness of 100 to
A thermal oxide film 13 of about 1000 nm is formed. Then N
After removing the thermal oxide film 13 in a region corresponding to the region where the diaphragm 4 is formed on the bulk wafer 12 by etching or the like, boron is diffused to form a high impurity concentration layer 14.

【0015】具体的には、ボロンをイオン注入した後
に、800〜1200℃程度の窒素雰囲気中で熱処理を
行うことにより不純物高濃度層14を形成するものであ
るが、この不純物高濃度層14の形成領域が最終的に前
記圧力基準室5となるため、上記熱処理条件は、ボロン
の拡散深さが所定の状態(例えば、0.5〜5μm)と
なるように設定される。また、不純物高濃度層14は、
後述するエピタキシャル成長工程の実行に応じてP
め込み層となるものであるが、その不純物濃度は、10
18〜1020cm−3程度となるように設定される。
More specifically, after boron ions are implanted, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at about 800 to 1200 ° C. to form the high impurity concentration layer 14. Since the formation region finally becomes the pressure reference chamber 5, the heat treatment conditions are set so that the diffusion depth of boron is in a predetermined state (for example, 0.5 to 5 μm). Further, the high impurity concentration layer 14
It becomes a P + buried layer in accordance with the execution of an epitaxial growth step described later.
It is set to be 18 to 10 20 cm -3 or so.

【0016】次いで、上記熱酸化膜13をエッチング或
いは研磨手段などにより全面的に除去した後に、図1
(b)に示すようなエピタキシャル成長工程を行う。こ
のエピタキシャル成長工程では、Nバルクウェハ12上
の全域に前記Nエピタキシャル層3を成長させるもので
あるが、このNピタキシャル層3の膜厚がダイヤフラム
4の厚みとなるため、例えば1〜20μm程度の範囲内
の膜厚となるように制御される。この場合、Nエピタキ
シャル層3の不純物濃度は、Nバルクウェハ12の濃度
に依存するため1014〜1017cm−3程度となる。
Next, after the thermal oxide film 13 is entirely removed by etching or polishing means, FIG.
An epitaxial growth step as shown in FIG. In this epitaxial growth step, the N epitaxial layer 3 is grown over the entire area on the N bulk wafer 12. However, since the thickness of the N epitaxial layer 3 becomes the thickness of the diaphragm 4, for example, the N epitaxial layer 3 has a thickness of about 1 to 20 μm. Is controlled so that the film thickness becomes as follows. In this case, since the impurity concentration of the N epitaxial layer 3 depends on the concentration of the N bulk wafer 12, it is about 10 14 to 10 17 cm −3 .

【0017】次に、図1(c)に示すようなゲージ抵抗
形成工程を実行する。このゲージ抵抗形成工程では、ま
ず、Nエピタキシャル層3上の全域に、前記シリコン酸
化膜7を熱酸化によって形成するものであり、その膜厚
は100〜1000nm程度に設定される。この後に、こ
のシリコン酸化膜7上に、ゲージ抵抗6の形成領域が開
口した状態のレジストパターン15を形成し、ボロンを
イオン注入する。次いで、レジストパターン15を除去
した後に、800〜1200℃程度の窒素雰囲気中で熱
処理を行うことによりゲージ抵抗6を形成するものであ
るが、このときの熱処理条件は、拡散深さが0.5〜2
μm程度となるように設定される。尚、ゲージ抵抗6の
不純物濃度は、例えば1018〜1020cm−3程度と
なるように設定される。
Next, a gauge resistance forming step as shown in FIG. 1C is performed. In this gauge resistance forming step, first, the silicon oxide film 7 is formed by thermal oxidation over the entire area on the N epitaxial layer 3, and its thickness is set to about 100 to 1000 nm. Thereafter, a resist pattern 15 is formed on the silicon oxide film 7 in a state where the formation region of the gauge resistor 6 is opened, and boron ions are implanted. Next, after the resist pattern 15 is removed, the gauge resistance 6 is formed by performing a heat treatment in a nitrogen atmosphere at about 800 to 1200 ° C. The heat treatment condition at this time is that the diffusion depth is 0.5. ~ 2
It is set to be about μm. The impurity concentration of the gauge resistor 6 is set to, for example, about 10 18 to 10 20 cm −3 .

【0018】次に、図1(d)に示すようなN領域形
成工程を実行する。このN領域形成工程では、具体的
には図示しないが、Nエピタキシャル層3における所定
位置(ダイヤフラム4の形成領域以外の位置)にレジス
トパターンを利用してリンなどのN型不純物をスポット
状にイオン注入すると共に、必要に応じて熱処理を行う
ことにより前記N領域11を形成する。尚、このN
領域11の不純物濃度は、例えば1018〜1020cm
−3程度となるように設定される。
Next, an N + region forming step as shown in FIG. 1D is performed. In this N + region forming step, although not specifically shown, N-type impurities such as phosphorus are spotted at predetermined positions (positions other than the region where the diaphragm 4 is formed) in the N epitaxial layer 3 using a resist pattern. The N + region 11 is formed by performing ion implantation and performing heat treatment as necessary. In addition, this N +
The impurity concentration of the region 11 is, for example, 10 18 to 10 20 cm.
-3 is set.

【0019】次に、図1(e)に示すようなコンタクト
ホール形成工程を実行する。このコンタクトホール形成
工程では、まず、シリコン酸化膜7上の全域に前記シリ
コン窒化膜8をCVD法などによって成膜した後に、そ
れらシリコン酸化膜7及びシリコン窒化膜8における前
記コンタクト6b及び11bの形成領域に、各コンタク
ト6b及び11bに対応した形状のスルーホール16群
を形成する。
Next, a contact hole forming step as shown in FIG. In this contact hole forming step, first, the silicon nitride film 8 is formed over the entire region on the silicon oxide film 7 by a CVD method or the like, and then the formation of the contacts 6b and 11b in the silicon oxide film 7 and the silicon nitride film 8 is performed. In the region, a group of through holes 16 having a shape corresponding to each of the contacts 6b and 11b is formed.

【0020】次に、図2(f)に示すような配線形成工
程を実行する。この配線形成工程では、シリコン窒化膜
8上に、Al、Al−Cu、Wなどの導電材料膜を前記
スルーホール16群を埋めた状態で成膜した後にパター
ニングすることによって、前記配線膜6a、11a及び
コンタクト6b及び11bを形成する。
Next, a wiring forming step as shown in FIG. In this wiring forming step, a conductive material film such as Al, Al—Cu, W or the like is formed on the silicon nitride film 8 in a state where the through holes 16 are buried, and then patterned to form the wiring film 6a, 11a and contacts 6b and 11b are formed.

【0021】次いで、図2(g)に示すような穴部形成
工程を実行する。この穴部形成工程では、シリコン窒化
膜8、シリコン酸化膜7及びNエピタキシャル層3の積
層体に対し例えばドライエッチングを施すことによっ
て、当該シリコン窒化膜8の表面側から前記不純物高濃
度層14まで達する前記穴部10を形成する。尚、この
穴部10は、直径1〜10μm程度の大きさに形成され
る。
Next, a hole forming step as shown in FIG. In the hole forming step, for example, dry etching is performed on the stacked body of the silicon nitride film 8, the silicon oxide film 7, and the N epitaxial layer 3 to extend from the surface side of the silicon nitride film 8 to the impurity-rich layer 14. The hole 10 which reaches is formed. The hole 10 has a diameter of about 1 to 10 μm.

【0022】次いで、図2(h)に示すような犠牲層エ
ッチング工程を実行する。この犠牲層エッチング工程で
は、酢酸を希釈液としたフッ酸−硝酸系のエッチング
液、例えばHF:HNO3 :CH3 COOH=1:3:
8(容量比)のエッチング液を使用することにより、不
純物高濃度層14を選択エッチングして除去する。これ
により、不純物高濃度層14に対応した領域が空洞化さ
れて前記ダイヤフラム4が形成されるものであり、ま
た、この空洞部分が最終的に前記圧力基準室5として利
用されることになる。尚、このときのエッチングレート
は、0.7〜3μm/秒程度となる。
Next, a sacrifice layer etching step as shown in FIG. In this sacrificial layer etching step, a hydrofluoric acid-nitric acid based etching solution using acetic acid as a diluting solution, for example, HF: HNO3: CH3 COOH = 1: 3:
By using an etching solution of 8 (volume ratio), the high impurity concentration layer 14 is selectively etched and removed. As a result, a region corresponding to the high impurity concentration layer 14 is hollowed to form the diaphragm 4, and this hollow portion is finally used as the pressure reference chamber 5. The etching rate at this time is about 0.7 to 3 μm / sec.

【0023】この場合、一般的に、高濃度に不純物が拡
散されたシリコン基板では、不純物濃度が低いシリコン
基板に比べて多数の移動キャリアが酸化工程に参画する
ため、エッチング速度が大きくなり、低い不純物濃度の
シリコン基板では、この反対にエッチング速度が小さく
なることが知られている。このような不純物濃度に対す
るエッチング速度の依存性は非常に大きく、HF:HN
O3 :CH3 COOH=1:3:8(容量比)のエッチ
ング液の場合には以下のような状態となる。
In this case, in general, in a silicon substrate in which impurities are diffused at a high concentration, a larger number of mobile carriers participate in the oxidation step than in a silicon substrate having a lower impurity concentration. On the contrary, it is known that the etching rate of a silicon substrate having an impurity concentration is reduced. The dependence of the etching rate on the impurity concentration is very large, and HF: HN
In the case of an etching solution of O3: CH3 COOH = 1: 3: 8 (volume ratio), the state is as follows.

【0024】つまり、このエッチング液によって、本実
施例における不純物高濃度層14(不純物濃度:10
18〜1020cm−3程度)のような高濃度シリコン基
板をエッチングする際のエッチングレートは、前述した
ように0.7〜3μm/秒程度となるのに対して、10
17cm−3以下の低い不純物濃度を持つシリコン基板
(本実施例おけるNバルクウェハ12及びNエピタキシ
ャル層3に相当)のエッチングレートは1/150以下
に低減するものである(このようなエッチングレートの
不純物濃度依存性は、不純物のタイプがN型でもP型で
も同様に生ずる)。従って、上記犠牲層エッチング工程
における不純物高濃度層14のエッチング時において、
Nバルクウェハ12及びNエピタキシャル層3はほとん
どエッチングされることがないものである。
That is, this etchant allows the high impurity concentration layer 14 (impurity concentration: 10
The etching rate when etching a high-concentration silicon substrate such as about 18 to 10 20 cm −3 ) is about 0.7 to 3 μm / sec as described above.
The etching rate of a silicon substrate having a low impurity concentration of 17 cm −3 or less (corresponding to the N bulk wafer 12 and the N epitaxial layer 3 in this embodiment) is reduced to 1/150 or less (such an etching rate of The impurity concentration dependency occurs similarly whether the impurity type is N-type or P-type). Therefore, when the high impurity concentration layer 14 is etched in the sacrificial layer etching step,
The N bulk wafer 12 and the N epitaxial layer 3 are hardly etched.

【0025】次いで、図2(i)に示すような封止工程
を実行する。この封止工程では、所定圧力(例えが10
0Pa以下)の雰囲気で、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、TEOS膜、或いはこれらの複合膜を堆積するこ
とによって封止膜9を形成するものであり、この封止膜
9によって前記穴部10を気密に封止し、以てダイヤフ
ラム4に対応した圧力基準室5を形成する。尚、この封
止膜9は、最終的には、ダイヤフラム4及び図示しない
ボンディングパッド部に対応した領域などを除いた部分
を覆った状態とされる。
Next, a sealing step as shown in FIG. In this sealing step, a predetermined pressure (for example, 10
The sealing film 9 is formed by depositing a silicon oxide film, a silicon nitride film, a TEOS film, or a composite film thereof in an atmosphere of 0 Pa or less). A pressure reference chamber 5 corresponding to the diaphragm 4 is formed by hermetically sealing. Incidentally, the sealing film 9 finally covers the diaphragm 4 and a portion excluding a region corresponding to a bonding pad portion (not shown).

【0026】以上のようにして、半導体圧力センサ1の
基本構造が形成されるものであり、この状態から、ダイ
シング工程などを経て図3に示すような半導体圧力セン
サ1が完成されるものである。
As described above, the basic structure of the semiconductor pressure sensor 1 is formed. From this state, the semiconductor pressure sensor 1 as shown in FIG. 3 is completed through a dicing process and the like. .

【0027】上記した本実施例の製造方法によれば、N
バルクウェハ12上にNエピタキシャル層3を成長させ
ただけの安価な基板材料を用いるだけで良いから、従来
構成のようなSOI基板やN/P/N三層構造のエピタ
キシャルウェハを使用する場合に比べて製造コストを1
/2〜1/3程度低減できることになる。また、ダイヤ
フラム4のためのNエピタキシャル層3をフラットな状
態で成長させることができて、当該ダイヤフラム4の周
辺部分に従来構成(特開平8−274350号公報)の
ような段差を生ずることがないから、その周辺部分での
耐圧の低下を来たすことがなくて、寿命に対する信頼性
に優れた半導体圧力センサ1を製造できるようになる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, N
It is only necessary to use an inexpensive substrate material in which the N epitaxial layer 3 is grown on the bulk wafer 12, so that it is not necessary to use a conventional SOI substrate or an N / P / N three-layer epitaxial wafer. Cost 1
About 2〜 to 1 /. In addition, the N epitaxial layer 3 for the diaphragm 4 can be grown in a flat state, so that there is no step in the peripheral portion of the diaphragm 4 unlike the conventional configuration (Japanese Patent Laid-Open No. 8-274350). Therefore, it is possible to manufacture the semiconductor pressure sensor 1 having excellent reliability with respect to the life without causing a decrease in the withstand voltage in the peripheral portion.

【0028】さらに、不純物高濃度層14の選択エッチ
ングには、酢酸を希釈液としたフッ酸−硝酸系のエッチ
ング液を使用するだけで済んで、従来構成(特開平5−
63209号公報)のような電気化学ストップエッチン
グを使用しなくても済むから、電圧を印加するための配
線が不要となって、その配線に起因した素子配置の自由
度の低下を来たす恐れがなくなると共に、チップサイズ
の増大、チップ取れ数の低下及びエッチングの歩留まり
の低下などを来たすこともなくなって、この面からも製
造コストを低減できるようになる。
Further, the selective etching of the high impurity concentration layer 14 only requires the use of a hydrofluoric acid-nitric acid etching solution using acetic acid as a diluting solution.
63209), there is no need to use an electrochemical stop etching, so wiring for applying a voltage is not required, and there is no danger that the degree of freedom in element arrangement due to the wiring is reduced. At the same time, an increase in chip size, a decrease in the number of chips to be obtained, a decrease in the yield of etching, and the like do not occur, and the manufacturing cost can be reduced from this aspect as well.

【0029】また、ダイヤフラム4を覆うように成膜さ
れたシリコン酸化膜7上には、吸湿防止機能を持ったシ
リコン窒化膜8が成膜されているから、そのシリコン酸
化膜7の吸湿によりダイヤフラム4が変形することがな
くなる。この結果、ダイヤフラム4の機械的特性が経時
変化する事態を未然に防止できて、半導体圧力センサ1
の動作信頼性も向上することになる。
Since the silicon nitride film 8 having a moisture absorption preventing function is formed on the silicon oxide film 7 formed so as to cover the diaphragm 4, the diaphragm is formed by the moisture absorption of the silicon oxide film 7. 4 is no longer deformed. As a result, it is possible to prevent the mechanical characteristics of the diaphragm 4 from changing over time, and to prevent the semiconductor pressure sensor 1 from changing.
Is also improved in operation reliability.

【0030】(その他の実施の形態)前述したように、
シリコン基板におけるエッチングレートの不純物濃度依
存性は、不純物のタイプがN型でもP型でも同様に生じ
るものである。従って、例えば、バルクウェハ(半導体
ウェハ)及びエピタキシャル層の不純物濃度が10
〜1017cm−3程度、不純物高濃度層及びゲージ抵抗
の不純物濃度が10 〜1020cm−3程度に設定され
るのであれば、バルクウェハ、エピタキシャル層、不純
物高濃度層及びゲージ抵抗の伝導型を上記した本実施例
のような組み合わせとする必要はない。具体的には、バ
ルクウェハ、エピタキシャル層、不純物高濃度層及びゲ
ージ抵抗の伝導型の組み合わせを下記の表1に示すよう
な状態とすることができる。
(Other Embodiments) As described above,
The dependence of the etching rate on the impurity concentration in the silicon substrate occurs similarly whether the impurity type is N-type or P-type. Thus, for example, an impurity concentration of bulk wafer (semiconductor wafer) and the epitaxial layer 10 1 4
To 10 17 cm -3 or so, if the impurity concentration of the high impurity concentration layer and the gauge resistor is set to about 10 1 8 ~10 20 cm -3, bulk wafer, an epitaxial layer, the high impurity concentration layer and gauge resistance It is not necessary that the conductivity type be a combination as in the above-described embodiment. Specifically, the combinations of the conductivity types of the bulk wafer, the epitaxial layer, the high impurity concentration layer, and the gauge resistance can be set as shown in Table 1 below.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】また、上記実施例では、犠牲層エッチング
ために、HF:HNO3 :CH3 COOH=1:3:8
(容量比)のエッチング液を使用する構成としたが、エ
ッチング対象の基板の不純物濃度に依存してエッチング
レートが大きく異なるエッチング液であれば他の組成の
ものを使用しても良いものである。
In the above embodiment, HF: HNO3: CH3 COOH = 1: 3: 8 for sacrificial layer etching.
Although an etching solution having a (volume ratio) is used, an etching solution having a significantly different etching rate depending on the impurity concentration of the substrate to be etched may have another composition. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例における製造工程の前半を摸
式的に示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a first half of a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

【図2】同製造工程の後半を摸式的に示す断面図FIG. 2 is a sectional view schematically showing the latter half of the manufacturing process.

【図3】半導体圧力センサの摸式的断面図FIG. 3 is a schematic sectional view of a semiconductor pressure sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1は半導体圧力センサ、2はN型シリコン基板(支持基
板)、3はNエピタキシャル層、4はダイヤフラム、5
は圧力基準室、6はゲージ抵抗、7はシリコン酸化膜、
8はシリコン窒化膜、9は封止膜、10は穴部、12は
Nバルクウェハ(半導体ウェハ)、14は不純物高濃度
層を示す。
1 is a semiconductor pressure sensor, 2 is an N-type silicon substrate (support substrate), 3 is an N epitaxial layer, 4 is a diaphragm, 5
Is a pressure reference chamber, 6 is a gauge resistance, 7 is a silicon oxide film,
Reference numeral 8 denotes a silicon nitride film, 9 denotes a sealing film, 10 denotes a hole, 12 denotes an N bulk wafer (semiconductor wafer), and 14 denotes a high impurity concentration layer.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体より成る支持基板と、この支持基
板上のエピタキシャル層により形成されたダイヤフラム
と、このダイヤフラム及び支持基板間に密閉状態で形成
された圧力基準室と、前記ダイヤフラム上に形成された
ゲージ抵抗とを備えた半導体圧力センサを製造する方法
において、 前記支持基板のための半導体ウェハ上における前記ダイ
ヤフラムの形成領域と対応した領域に不純物高濃度層を
形成する不純物導入工程と、 前記半導体ウェハ上に前記エピタキシャル層を形成する
エピタキシャル成長工程と、 前記エピタキシャル層における前記不純物高濃度層と対
応した位置に前記ゲージ抵抗のための不純物を導入する
ゲージ抵抗形成工程と、 前記エピタキシャル層に前記不純物高濃度層まで達する
穴部を形成する穴部形成工程と、 前記穴部を通じたエッチングにより前記不純物高濃度層
を選択的に除去して前記圧力基準室のための空洞部及び
前記ダイヤフラムを形成する犠牲層エッチング工程と、 前記穴部を封止することにより前記空洞部を密閉して前
記圧力基準室を形成する封止工程とを実行することを特
徴とする半導体圧力センサの製造方法。
1. A support substrate made of a semiconductor, a diaphragm formed by an epitaxial layer on the support substrate, a pressure reference chamber formed in a sealed state between the diaphragm and the support substrate, and a pressure reference chamber formed on the diaphragm. A method of manufacturing a semiconductor pressure sensor having a gauge resistor, comprising: an impurity introduction step of forming a high impurity concentration layer in a region corresponding to a region where the diaphragm is formed on a semiconductor wafer for the support substrate; An epitaxial growth step of forming the epitaxial layer on a wafer; a gauge resistance forming step of introducing an impurity for the gauge resistance into a position of the epitaxial layer corresponding to the impurity-rich layer; A hole forming step of forming a hole reaching the concentration layer, A sacrificial layer etching step of selectively removing the high-impurity concentration layer by etching through the hole to form a cavity for the pressure reference chamber and the diaphragm, and sealing the hole to form the sacrificial layer. And a sealing step of forming a pressure reference chamber by closing a cavity.
【請求項2】 前記エピタキシャル層上に、酸化膜及び
窒化膜をこの順に形成する工程を実行することを特徴と
する請求項1記載の半導体圧力センサの製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein a step of forming an oxide film and a nitride film on the epitaxial layer in this order is performed.
【請求項3】 前記半導体ウェハとして不純物濃度が1
17cm−3以下のものを使用すると共に、前記不純物
高濃度層の不純物濃度を1018cm−3程度以上に設定
した上で、 前記犠牲層エッチング工程でのエッチング液として、酢
酸を希釈液としたフッ酸−硝酸系のエッチング液を使用
することを特徴とする請求項1または2記載の半導体圧
力センサの製造方法。
3. The semiconductor wafer having an impurity concentration of 1
0 17 cm −3 or less, the impurity concentration of the high impurity concentration layer is set to about 10 18 cm −3 or more, and acetic acid is used as a diluting solution as an etching solution in the sacrificial layer etching step. 3. A method for manufacturing a semiconductor pressure sensor according to claim 1, wherein a hydrofluoric acid-nitric acid based etching solution is used.
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