專利名稱：半導(dǎo)體壓力傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用半導(dǎo)體的壓電電阻效應(yīng)來(lái)測(cè)定壓力的半導(dǎo)體壓力傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
在各種壓力傳感器中，利用半導(dǎo)體的壓電電阻效應(yīng)的半導(dǎo)體壓力傳感器，由于體積小、重量輕、高靈敏度，故在工業(yè)測(cè)量、醫(yī)療等領(lǐng)域廣為采用。在這樣的半導(dǎo)體壓力傳感器中，在半導(dǎo)體膜片上邊形成具有壓電電阻效應(yīng)的應(yīng)變片，借助于加在膜片上的壓力使應(yīng)變片變形，檢測(cè)由壓電電阻效應(yīng)引起的應(yīng)變片的電阻值的變化來(lái)測(cè)定壓力。膜片采用用刻蝕對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行雕刻的辦法形成。該膜片的厚度對(duì)半導(dǎo)體壓力傳感器的特性有非常大的影響。因此需要對(duì)膜片的厚度進(jìn)行正確的控制。但是，若用現(xiàn)有的制造方法的話，由于難于進(jìn)行刻蝕的時(shí)間或溫度管理，故要想以良好的精度控制膜片的厚度及其均一性是極其困難的。
于是，人們提出了這樣一種半導(dǎo)體壓力傳感器這種半導(dǎo)體壓力傳感器采用在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成由絕緣體等構(gòu)成的刻蝕阻擋層，一直到該刻蝕阻擋層為止對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕的辦法，使正確地控制膜片的厚度成為可能(日本專利雜志特公昭59-38744號(hào)公報(bào))。圖4是在特公昭59-38744號(hào)公報(bào)上所公開(kāi)的現(xiàn)有的半導(dǎo)體壓力傳感器的剖面圖。該半導(dǎo)體壓力傳感器，由將成為基座的單晶Si層11、在單晶Si層11上邊形成的SiO2層12、在SiO2層12上邊形成的單晶Si層13、以SiO2層12為刻蝕阻擋層對(duì)相當(dāng)于單晶Si層11的感壓部分進(jìn)行刻蝕而形成的膜片14、在單晶Si層13的表面上形成的具有壓電電阻效應(yīng)的應(yīng)變片(未畫(huà)出來(lái))構(gòu)成。
但是，在圖4的半導(dǎo)體壓力傳感器中，存在著膜片14因Si層13和SiO2層12之間的熱膨脹系數(shù)之差而具有溫度特性的問(wèn)題。此外，還存在著在膜片的邊緣部分16處，在比Si還脆的SiO2層12中會(huì)因膜片14的撓曲而產(chǎn)生裂縫，該裂縫一直延展到Si層3為止，最終將使膜片破裂的問(wèn)題。此外，由于在Si層11的刻蝕之后，即便是已除去了露出來(lái)的SiO2層12，在膜片邊緣部分16上仍然會(huì)剩下SiO2層12，故還存在著在Si層13和SiO2層12的界面上發(fā)生裂縫的問(wèn)題。
本發(fā)明就是為解決這樣的課題而發(fā)明的，其目的是提供可以改善膜片的溫度特性，同時(shí)還可以提高膜片邊緣部分的強(qiáng)度的半導(dǎo)體壓力傳感器及其制造方法。
發(fā)明的公開(kāi)為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具備構(gòu)成基座的第1半導(dǎo)體層；在第1半導(dǎo)體層上邊形成的絕緣層；在絕緣層上邊形成、具有構(gòu)成壓力敏感區(qū)域的膜片部分的第2半導(dǎo)體層；在壓力敏感區(qū)域上貫通第1半導(dǎo)體層和絕緣層地形成、具有達(dá)到第2半導(dǎo)體層的規(guī)定深度的凹部。借助于此，就可以在膜片部分和膜片邊緣部分上不剩下絕緣層。
此外，本發(fā)明具有下述工序形成由構(gòu)成基座的第1半導(dǎo)體層、疊層到第1半導(dǎo)體層上邊的絕緣層和疊層到絕緣層上邊且具有壓力敏感區(qū)域的第2半導(dǎo)體層構(gòu)成的3層構(gòu)造的工序；以絕緣層為刻蝕阻擋層，刻蝕與壓力敏感區(qū)域?qū)?yīng)的第1半導(dǎo)體層以使絕緣層露出來(lái)的工序；除去已露出來(lái)的絕緣層的工序；以剩下的絕緣層為掩模，僅僅刻蝕規(guī)定的量的第2半導(dǎo)體層以在壓力敏感區(qū)域上形成膜片部分的工序。
此外，在本發(fā)明中，在第2半導(dǎo)體層上形成的凹部的深度的上限允許值為十幾微米。
此外，作為本發(fā)明的一個(gè)構(gòu)成例，第2半導(dǎo)體層的厚度為30微米，在第2半導(dǎo)體層上形成的凹部的深度為5到10微米。
此外，作為本發(fā)明的一個(gè)構(gòu)成例，第1和第2半導(dǎo)體層由n型單晶Si構(gòu)成，絕緣層由SiO2層構(gòu)成。
此外，作為本發(fā)明的一個(gè)構(gòu)成例，具備在第2半導(dǎo)體層的膜片部分上邊形成的一個(gè)以上的應(yīng)變片。
優(yōu)選實(shí)施例以下，參看附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1是示出了本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體壓力傳感器的剖面圖，圖2(A)是圖1的半導(dǎo)體壓力傳感器的平面圖，圖2(B)是圖1的半導(dǎo)體壓力傳感器的底面圖。
該半導(dǎo)體壓力傳感器，由將成為基座的n型單晶Si層1、在n型單晶Si層1上邊形成的SiO2層2、在SiO2層2上邊形成的n型單晶Si層3、以SiO2層2為刻蝕阻擋層對(duì)n型單晶Si層1的與感壓區(qū)域?qū)?yīng)的部分，一直到SiO2層2為止進(jìn)行刻蝕，除去已露了出來(lái)的SiO2層2，對(duì)n型單晶Si層3的壓力敏感區(qū)域僅僅刻蝕規(guī)定的量而形成的膜片4、在n型單晶Si層3的壓力敏感區(qū)域上形成的具有壓電電阻效應(yīng)的應(yīng)變片5構(gòu)成。
其次，參看圖3，說(shuō)明這樣的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法。首先，如圖3(A)所示，準(zhǔn)備由n型單晶Si層1、厚度約0．5微米的SiO2層2和n型單晶Si層3構(gòu)成的SOI(Silicon on Insulator，絕緣體上的硅)晶片。要制作該SOI晶片，可以使用向Si襯底中注入氧以形成SiO2層的SIMOX(Separation by Implanted Oxygen，注氧隔離)技術(shù)，也可以使用將2塊Si襯底鍵合在一起的SDB(Silicon Direct Bonding，硅直接鍵合)技術(shù)，也可以使用其它的方法。
其次，為使n型單晶Si層3平坦化和薄膜化，用被稱之為CCP(Computer Controlled Polishing，計(jì)算機(jī)控制研磨)的研磨法一直到規(guī)定的厚度為止進(jìn)行研磨。另外也可以在SiO2層2上邊外延生長(zhǎng)規(guī)定的厚度(例如30微米)的n型單晶Si層3。在這樣形成的SOI晶片的下表面上形成SiO2膜或抗蝕劑(未畫(huà)出來(lái))，在相當(dāng)于該SiO2膜或抗蝕劑的壓力敏感區(qū)域(要形成膜片4的區(qū)域)的部分上形成開(kāi)口。然后，把這樣地圖形化了的SiO2膜或抗蝕劑作為膜片形成用的刻蝕掩模，把n型單晶Si層1浸到KOH或TMAH等的溶液中，進(jìn)行n型單晶Si層1的刻蝕。這時(shí)，刻蝕在上述開(kāi)口部分上慢慢地進(jìn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)SiO2層2時(shí)就自動(dòng)地停止。
接著，以n型單晶Si層1為刻蝕掩模，用HF等的溶液進(jìn)行SiO2層2的刻蝕，除去因Si層1的刻蝕而露出來(lái)的SiO2層2(圖3(C))。然后，以SiO2層2為刻蝕掩模，用KOH或TMAH等的溶液進(jìn)行n型單晶Si層3的刻蝕(圖3(D))。這時(shí)的刻蝕深度，借助于時(shí)間管理被控制為規(guī)定的微小量(大約5到10微米)。
這樣一來(lái)，就形成了膜片4。n型單晶Si層3的刻蝕，是5到10微米左右的微小量，由于在十?dāng)?shù)個(gè)微米的刻蝕中，厚度不會(huì)有不均一，故可以形成均一厚度的膜片4。另一方面，在n型單晶Si層3的上表面上，用雜質(zhì)擴(kuò)散法或離子注入法形成由p型Si構(gòu)成的應(yīng)變片(壓電電阻區(qū)域)5(圖3(E))。
接著，在n型單晶Si層3的上表面上形成了SiO2層(未畫(huà)出來(lái))，在應(yīng)變片5上邊的SiO2層上形成了接觸孔之后，向該接觸孔的部分上蒸鍍用來(lái)得到與應(yīng)變片5之間的電連的Al電極(未畫(huà)出來(lái))。這樣，就完成了半導(dǎo)體壓力傳感器的制作。
如上所述，由于采用在以SiO2層2為刻蝕阻擋層，從下表面開(kāi)始到SiO2層2為止，對(duì)相當(dāng)于n型單晶Si層1的壓力敏感區(qū)域的部分進(jìn)行了刻蝕后，除去因該刻蝕而露了出來(lái)的SiO2層2，再對(duì)n型單晶Si層3的壓力敏感區(qū)域僅僅刻蝕微小量的辦法，使得在膜片4和膜片邊緣部分6上剩不下SiO2層2，故在改善膜片4的溫度特性的同時(shí)，還可以增加膜片邊緣部分6的強(qiáng)度。
另外，在本實(shí)施例中，雖然進(jìn)行的是利用單晶Si的晶軸的刻蝕特性的各向異性刻蝕，但也可以進(jìn)行各向同性刻蝕。此外，也可以進(jìn)行干法刻蝕而不是本實(shí)施例的那種濕法刻蝕。
工業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的半導(dǎo)體壓力傳感器，適用于那些在工業(yè)測(cè)量或醫(yī)療等的領(lǐng)域內(nèi)使用的壓力傳感器。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征是具備構(gòu)成基座的第1半導(dǎo)體層；在上述第1半導(dǎo)體層上邊形成的絕緣層；在上述絕緣層上邊形成、具有構(gòu)成壓力敏感區(qū)域的膜片部分的第2半導(dǎo)體層；在上述壓力敏感區(qū)域上貫通上述第1半導(dǎo)體層和絕緣層形成、具有達(dá)到上述第2半導(dǎo)體層的規(guī)定深度的凹部。
2．權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征是在上述第2半導(dǎo)體層上形成的凹部的深度的上限允許值是十幾微米。
3．權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征是上述第2半導(dǎo)體層的厚度為30微米，在上述第2半導(dǎo)體層上形成的凹部的深度為5到10微米。
4．權(quán)利要求1所示的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征是上述第1和第2半導(dǎo)體層由n型單晶Si構(gòu)成，上述絕緣層由SiO2構(gòu)成。
5．權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征是具備在上述第2半導(dǎo)體層的膜片部分上邊形成的一個(gè)以上的應(yīng)變片。
6．一種半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法，其特征是具有下述工序形成由構(gòu)成基座的第1半導(dǎo)體層、疊層到上述第1半導(dǎo)體層上邊的絕緣層和疊層到上述絕緣層上邊且具有壓力敏感區(qū)域的第2半導(dǎo)體層構(gòu)成的3層構(gòu)造的工序；以上述絕緣層為刻蝕阻擋層，刻蝕與上述壓力敏感區(qū)域?qū)?yīng)的上述第1半導(dǎo)體層以使上述絕緣層露出來(lái)的工序；除去已露出來(lái)的上述絕緣層的工序；以剩下的上述絕緣層為掩模，僅僅刻蝕規(guī)定的量的上述第2半導(dǎo)體層以在上述壓力敏感區(qū)域上形成膜片部分的工序。
7．權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法，其特征是在上述第2半導(dǎo)體層上形成的凹部的深度的上限允許值是十幾微米。
8．權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法，其特征是上述第2半導(dǎo)體層的厚度為30微米，在上述第2半導(dǎo)體層上形成的凹部的深度為5到10微米。
9．權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法，其特征是上述第1和第2半導(dǎo)體層由n型單晶Si構(gòu)成，上述絕緣層由SiO2構(gòu)成。
10．權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法，其特征是具備在上述第2半導(dǎo)體層的膜片部分上邊形成的一個(gè)以上的應(yīng)變片的工序。
全文摘要
以SiO
文檔編號(hào)G01L9/04GK1292868SQ99803896
公開(kāi)日2001年4月25日 申請(qǐng)日期1999年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月9日
發(fā)明者五所尾康博, 東條博史, 米田雅之, 吹浦健 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武