專利名稱：壓力傳感器及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及壓力傳感器及其制造方法，特別詳細地說涉及具有隔膜(diaphragm) 的壓力傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
利用半導體的壓電電阻效應的壓力傳感器具有小型、輕量、高靈敏度的特點，因此 廣泛應用于工業(yè)計測、醫(yī)療等領域。在這樣的壓力傳感器中，在半導體隔膜上形成有應變 片。利用施加于隔膜的壓力，應變片發(fā)生變形。檢測基于壓電電阻效應的應變片的電阻變 化，測定壓力。而且，為了緩和來自封裝的應力，形成有隔膜的傳感器芯片與玻璃等的基座 接合(專利文獻1)。在此，使用圖5對壓力傳感器的結(jié)構(gòu)進行說明。圖5是表示現(xiàn)有的壓力傳感器的 結(jié)構(gòu)的側(cè)視截面圖。傳感器芯片10例如由單結(jié)晶硅基板形成。而且，在傳感器芯片10上 形成有具有壓電電阻效應的應變片5、15。傳感器芯片10的中央部分被蝕刻，形成有隔膜 4。在此，傳感器芯片10的中央部分被蝕刻為錐狀。由此，傳感器芯片背面的隔膜傳感器開 口尺寸比隔膜尺寸大。基座11與傳感器芯片10接合。在隔膜4的周邊部，基座11與傳感 器芯片10接合。另外，在專利文獻2中公開了隔膜的壓敏區(qū)域側(cè)的邊緣部為了緩和應力集中而作 成R形狀的壓力傳感器。專利文獻1日本特開2002-277337號公報專利文獻2日本特開2002-208708號公報為了提高壓力傳感器的壓力靈敏度，需要增大隔膜4。此外，為了確保與基座11的 接合強度，需要增大接合區(qū)域(接合部)的面積。但是，在傳感器芯片10的大小一定的情 況下，如果為了提高靈敏度而增大隔膜4則與基座的接合區(qū)域變小，如果為了提高接合的 信賴性而增大接合區(qū)域則隔膜4變小。因此，為了提高壓力靈敏度并且確保接合強度，存在 不得不增大傳感器芯片10的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決這樣的問題點而完成的，其目的在于提供一種小型且高性能的 壓力傳感器及其制造方法。本發(fā)明涉及的壓力傳感器，包括傳感器芯片，其具備具有開口部的第一半導體 層，和形成在上述第一半導體層上并具有成為隔膜的凹部的第二半導體層；和基座，其具有 與上述開口部連通的壓力導入孔，并與上述傳感器芯片接合，上述第二半導體層的凹部比 上述第一半導體層的開口部大，上述第一半導體層的開口部的上述第二半導體層側(cè)的開口 徑比上述基座側(cè)的開口徑大。由此，在增大隔膜的情況下，也能夠擴大與基座的接合面積。 因此，能夠?qū)崿F(xiàn)更小型且接合的信賴性高的壓力傳感器。優(yōu)選在上述第一半導體層和上述第二半導體層之間形成有具有開口部的絕緣層。由此，能夠使隔膜的厚度均勻。優(yōu)選在上述傳感器芯片與上述基座間的接合部的周邊形成 有非接合部，利用該非接合部在所述傳感器芯片和所述基座之間設置出間隙。由此，能夠提
高S/N比。優(yōu)選上述第二半導體層的凹部的開口邊緣與上述第一半導體層中的上述第二半 導體層側(cè)的開口部的側(cè)壁相比向外方超出5 ym以上50 ym以下的寬度尺寸。本發(fā)明涉及的壓力傳感器的制造方法，其中壓力傳感器具有設有第一半導體層和 第二半導體層的傳感器芯片，第二半導體層成為作為壓敏區(qū)域的隔膜，該壓力傳感器的制 造方法的特征在于，包括下述工序?qū)ι鲜龅谝话雽w層進行各向異性蝕刻，在成為上述壓 敏區(qū)域的部分在上述第一半導體層上形成開口部的工序；在上述第一半導體層的開口部的 側(cè)壁形成保護膜的工序，其中該保護膜具有所述第二半導體層側(cè)的膜厚變薄的厚度分布； 在形成上述保護膜后，對上述第一半導體層的開口部的側(cè)壁進行蝕刻，從而將上述第一半 導體層的開口部形成為在上述第二半導體層側(cè)的開口徑比在相對側(cè)的開口徑大，并且對成 為上述壓敏區(qū)域的部分的上述第二半導體層進行蝕刻以形成所述隔膜，從而在上述第二半 導體層上形成比上述第一半導體層的開口部更大的凹部的工序；和使基座與上述傳感器芯 片接合的工序。由此，在增大隔膜的情況下，也能夠擴大與基座的接合面積。因此，能夠?qū)?現(xiàn)更小型且接合的信賴性高的壓力傳感器。優(yōu)選對上述第一半導體層進行各向異性蝕刻而形成開口部的工序后，還具備對設 置在上述第一半導體層和上述第二半導體層之間的絕緣層進行蝕刻而形成開口部的工序， 在上述第一半導體層上形成開口部的工序中，將設置在上述第一半導體層和上述第二半導 體層之間的絕緣層作為蝕刻阻擋層，進行上述各向異性蝕刻。由此，能夠使隔膜的厚度均 勻。優(yōu)選在使基座與上述傳感器芯片接合的工序中，在上述傳感器芯片和上述基座間 的接合部的周邊形成非接合部，利用該非接合部在上述傳感器芯片和上述基座之間設置出 間隙。由此，能夠提高S/N比。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種小型且高性能的壓力傳感器及其制造方法。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式涉及的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)的側(cè)視截面圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式涉及的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖3是表示將本發(fā)明的實施方式涉及的壓力傳感器的第二半導體層的側(cè)端加工 成R形狀時的效果的圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式涉及的壓力傳感器的制造工序的工序截面圖。圖5是表示現(xiàn)有的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)的側(cè)視截面圖。符號說明1…第一半導體層；la…第一半導體層的開口部；2…絕緣層；2a…絕緣層的開口 部；3…第二半導體層；4…隔膜；5a 5d…應變片；6…隔膜的邊緣部；7…保護膜；10…傳 感器芯片；10a…第一半導體層的厚壁部；11…基座；12…第二半導體層的凹部；13…非接 合部；13A…接合部；14…臺階部；15a 15d…應變片；17…貫通孔；30…壓力傳感器。
具體實施例方式以下參照附圖對應用本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。圖1是表示本實施方 式涉及的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)的側(cè)視截面圖。圖2是本壓力傳感器的俯視圖。圖1是圖2的 II-II截面圖，本實施方式涉及的壓力傳感器是利用半導體的壓電電阻效應的半導體壓力 傳感器。壓力傳感器30具有由結(jié)晶面方位為(100)面的n型單結(jié)晶硅構(gòu)成的正方形的傳 感器芯片10、和與傳感器芯片10接合的基座11。傳感器芯片10具備成為基臺的第一半導 體層1、絕緣層2和第二半導體層3。即，傳感器芯片10具有由第一半導體層1、絕緣層2和 第二半導體層3構(gòu)成的三層構(gòu)造。第一半導體層1和第二半導體層3由n型單結(jié)晶硅構(gòu)成。 絕緣層2例如由Si02構(gòu)成。在第一半導體層1上形成有絕緣層2。此外，在絕緣層2上形 成有第二半導體層3。因而，在第一半導體層1和第二半導體層3之間配設有絕緣層2。絕 緣層2在對第一半導體層1進行蝕刻時作為蝕刻阻擋層(etching stopper)起作用。第二 半導體層3構(gòu)成隔膜4。隔膜4配設在傳感器芯片10的中央部分。在成為壓敏區(qū)域的部分中，在第一半導體層1和絕緣層2上形成有開口部la、2a， 第二半導體層3超出。第一半導體層1的開口部la的第二半導體層3側(cè)開口徑比基座11 側(cè)的開口徑大。本實施方式的第一半導體層1的開口部la的側(cè)壁作成相對于與第一半導 體層1的第二半導體層3側(cè)的接合面正交的方向傾斜角度0的倒錐狀的傾斜面。此時，傾 斜面的角度0為3° 20°左右。絕緣層2的開口部2a與第一半導體層1的開口部la 的第二半導體層3側(cè)的開口徑大致相等。另外，在本實施方式中，絕緣層2的開口部2a與 第一半導體層1的開口部la的第二半導體層3側(cè)的開口徑大致相等，但并不是一定要大致 相等。另外，角度e比0大即可，只要第二半導體層3側(cè)的開口徑比基座11側(cè)的開口徑 大，則線性或階梯性的錐形狀等形狀都可以。此外，角度e越大則越能較大地確保與基座 11的接合面積，但最好根據(jù)傳感器芯片10的大小適當設計。而且，在成為壓敏區(qū)域的部分中，在第二半導體層3的背面中央形成有凹部12。 即，在成為壓敏區(qū)域的部分，第二半導體層3的厚度變得比其他部分薄。這樣，第二半導體 層3變薄的部分成為用于測定壓力的隔膜4。在此，俯視看在傳感器芯片10的表面中央部 形成為正方形狀的隔膜4。與該隔膜4對應的區(qū)域成為壓力傳感器30的壓敏區(qū)域。凹部12形成為正方形狀。如圖2所示，凹部12比開口部la和開口部2a的開口 徑大一圈。即，正方形狀的壓敏區(qū)域的平面區(qū)域比正方形狀的開口部la和開口部2a的平 面區(qū)域大一圈。由此，能夠擴大壓敏區(qū)域。由此，能夠提高壓力傳感器30的測定靈敏度。在傳感器芯片10上設置有包圍隔膜4的厚壁部10a。厚壁部10a形成傳感器芯片 10的外周部。在傳感器芯片10的背面?zhèn)?，傳感器芯?0的厚壁部10a被陽極接合于基座 11?；?1利用派熱克斯玻璃(注冊商標)或玻璃(Tempex glass)(注冊商標)等的可 陽極接合的玻璃等形成具有與傳感器芯片10大致相同大小的棱柱體。在基座11的中央， 形成有經(jīng)由第一半導體層1和絕緣層2的開口部la、2a而將測定壓力P1引導至隔膜4的 背面?zhèn)鹊呢炌?壓力導入孔)17。即，貫通孔17與開口部la、開口部2a和凹部12連通。隔膜4在以其對角線a、a與傳感器芯片10的邊正交的方式相對傳感器芯片10傾 斜大致45°的狀態(tài)下形成。而且，在隔膜4表面的周邊部附近形成有作為壓電區(qū)域起作用并檢測差壓或壓力的四個差壓或壓力檢測用的應變片5a 5d。應變片5a 5d配置成位 于傳感器芯片10的對角線b、b上。此外，這些應變片5a 5d形成在壓電電阻系數(shù)在傳感 器芯片10的結(jié)晶面方位(100)上處于最大的<110>的結(jié)晶軸方向上。這樣，在第二半導體層3的上面?zhèn)刃纬捎芯哂袎弘婋娮栊膽兤?a 5d。應 變片5a 5d配設在隔膜4上。在此，在第二半導體層3上形成有四個應變片5a 5d。另 外，在第二半導體層3的上表面形成有與應變片5a 5d連接的金屬電極(未圖示)。而 且，應變片5a 5d與電橋電路接線。S卩，應變片5a 5d構(gòu)成惠斯登電橋電路。由于由隔 膜隔開的空間的壓力差，隔膜4發(fā)生變形。應變片5a 5d根據(jù)隔膜4的變形量其電阻發(fā) 生變化。通過檢測該電阻變化，能夠測定壓力。例如，如果向隔膜4的表背面施加測定壓力P1、P2，則隔膜4發(fā)生變形。伴隨著隔 膜4的變形各應變片5a 5d的電阻率發(fā)生變化。由此，測定壓力PI、P2的差壓信號被差 動輸出。此時的應變片5a 5d的電阻變化率由下式表示。A R/R = π 44 ( o r- o 0 ) /2......(1)其中，、4是壓電電阻系數(shù)，or是與隔膜4的邊垂直的應力，o 0是與隔膜4的 邊平行的應力。傳感器芯片10的厚壁部10a與基座11的表面接合。此時，如上所述，第一半導體 層1的開口部la的第二半導體層3側(cè)的開口徑形成得比基座11側(cè)的開口徑大。因此，在 增大隔膜4的情況下，傳感器芯片10的厚壁部10a也能夠確保與基座11的接合區(qū)域。由 此，即使不增加芯片尺寸，也能夠提高接合強度。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力傳感器30的小型化， 并且能夠提高信賴性。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠?qū)崿F(xiàn)小型且高性能的傳感器芯片。在此，即使隔膜4的兩面的測定壓力P1、P2的差為0，在靜壓或溫度發(fā)生了變化的 情況下，由于材料的不同和形狀，上述(1)式中的or-o 0的差亦不為零。因此，存在電橋 電路產(chǎn)生輸出，零點移動這樣的問題。這樣，由于靜壓或溫度變化而使o e，應變片 5a 5d的電阻值發(fā)生變化。即，傳感器芯片10與基座11間的接合面與隔膜4的變形相 關。而且，在正方形的隔膜4的對角線a、a以相對于正方形的傳感器芯片10的邊正交的方 式形成為傾斜大致45°的情況下，在傳感器芯片10的接合面之中對角線b方向的接合面的 長度變長。因此，在接合厚壁部10a的背面整體的情況下，與隔膜4的邊垂直的應力or變 得比與隔膜4的邊平行的應力o 0大。結(jié)果，零點產(chǎn)生移動，無法以高精度檢測差壓。因此，在壓力傳感器30中，為了緩和應力并減小干擾而僅將傳感器芯片10的厚壁 部10a的背面的一部分與基座11接合。即，在基座11的上表面的一部分上形成臺階部14。 而且，通過使形成有臺階部14的部分與基座11分離而成為非接合部13，通過使沒有形成臺 階部14的部分與基座11接合而成為接合部13A。非接合部13的形成部位為傳感器芯片10的背面的各角部，非接合部13位于比接 合部13A更靠外側(cè)的位置。也就是接合部13A在外形八邊形的框上包圍隔膜4。形成非接合部13的大小，使得應變片5a 5d所產(chǎn)生的與隔膜4的邊垂直的方向 的應力or和與隔膜4的邊平行的方向的應力o 0相等。即，通過使非接合部13的長度 A和接合部13A的長度B的比A/B最佳化，使or = o e，從而使由靜壓或溫度引起的零點 移動最小。由此，能夠提高S/N比。
臺階部14配置在基座11的與非接合部13對應的角部。即，在非接合部13，在基 座11和傳感器芯片10之間形成有與臺階部14的高度對應的間隙。另外，當然也可以在厚 壁部10a的背面?zhèn)刃纬膳_階部，設置非接合部13。如上所述，通過使A/B最佳化而使or = o 0，能夠使由靜壓或溫度引起的零點移 動最小。另外，實際上存在極難使or和o 0完全相等的情況。在該情況下，通過在同一 傳感器芯片上設置靜壓檢測用的應變片15a 15d，能夠修正差壓或壓力檢測用的應變片 5a 5d的檢測信號。由此，能夠更高精度地測定差壓或壓方。在第二半導體層3的表面?zhèn)刃纬捎芯哂袎弘婋娮栊膽兤?5a 15d。應變 片15a 15d形成在隔膜4的外側(cè)。應變片15a 15d形成在傳感器芯片10的表面。應 變片15a 15d形成在與非接合部13對應的厚壁部10a的表面。用應變片15a 15d檢 測靜壓，基于該檢測信號修正差壓或壓力檢測用的應變片15a 15d的檢測信號。靜壓檢 測用的應變片15a 15d配置在傳感器芯片10的對角線b、b上。進而，應變片15a 15d 被設置位于傳感器芯片10的各角部。此外，應變片15a 15d被較長地形成在壓電電阻系 數(shù)在傳感器芯片10的結(jié)晶面方位(100)處于最大的<110>的結(jié)晶軸方向上。應變片15a 15d與差壓或壓力檢測用的應變片5a 5d同樣利用擴散或者離子打入法形成。而且，應變 片15a 15d通過未圖示的導線與惠斯登電橋接線。應變片15a 15d通過電阻率伴隨著 基于靜壓的非接合部13的變形而發(fā)生變化來對靜壓進行檢測。而且，應變片15a 15d基 于該檢測信號對差壓或壓力檢測用的應變片5a 5d的檢測信號進行修正。應變片15a 15d配置在非接合部13的表面。此外，應變片15a 15d配置在與 隔膜4的中心分離的位置。如果設置非接合部13，則產(chǎn)生基于靜壓的發(fā)生電壓高的區(qū)間。 如果在該區(qū)間內(nèi)且非接合部13的傳感器芯片10表面設置應變片15a 15d，則對靜壓的靈 敏度高，對差壓的靈敏度低。由此，能夠減少干擾，能夠高精度地修正基于差壓或壓力檢測 用的應變片5a 5d的檢測信號。也可以將應變片15a 15d配置成其一部分延伸至接合 部13A的傳感器芯片10表面。另外，優(yōu)選延伸至接合部13A的部分的長度比設置于非接合 部13的部分的長度短。在此，令隔膜4的兩端附近為邊緣部6。在邊緣部6，第二半導體層3的側(cè)端與形 成于第一半導體層1和絕緣層2的開口部la、2a相比向外方超出5iim 50iim左右的寬 度尺寸T。在此，寬度尺寸T是第二半導體層3的側(cè)端以第一半導體層1的開口部la中的 第二半導體層3側(cè)的側(cè)壁端部為基準向外方超出的尺寸。而且，第二半導體層3的側(cè)端加 工成R形狀。因此，能夠緩和應力集中。此外，由于能夠增大隔膜4，所以能夠得到小型且精 度高的壓力傳感器30。圖3是表示將第二半導體層3的側(cè)端加工成R形狀時的效果的圖。橫軸是R尺寸， 相當于上述的寬度尺寸T。另外，如后所述，該R形狀通過對第二半導體層3進行成為大致 各向同性的規(guī)定蝕刻而形成，該寬度尺寸T與R形狀的深度方向的尺寸大致相等。此外，縱 軸是表示以R尺寸為零、即沒有R形狀的壓力傳感器的耐壓大小為1 (基準)，增大R尺寸 (寬度尺寸T)時的耐壓的大小的耐壓提高率。進行了1 尺寸為0、20、4011111的壓力傳感器 的耐壓試驗，得到R尺寸越大耐壓越高的結(jié)果。在此，之所以將超出到外方的寬度尺寸T的下限設為5 ym左右，是由于即便考慮 到加工的尺寸偏差亦可根據(jù)圖3實現(xiàn)相比沒有R形狀情況提高10%左右的耐壓。另一方面，如果增大寬度尺寸T則能夠進一步實現(xiàn)耐壓提高，但由于隔膜4的厚度的偏差也變大， 所以將上限設為50i!m左右。另外，只要寬度尺寸T超過0 y m就能夠?qū)崿F(xiàn)耐壓提高，并未否定不足5 u m或超過 50 um的情況。接著使用圖4對壓力傳感器30的制造方法進行說明。圖4是表示壓力傳感器的制 造方法的工序截面圖。首先，如圖4(a)所示，準備由第一半導體層1、厚度為0.5pm左右的 絕緣層2和第二半導體層3構(gòu)成的SOI (Silicon On Insulator)晶片。為了制作該晶片SOI， 可以使用向Si基板中注入氧而形成Si02層的SIM0X(S印aration by IMplantedOXygen)技 術(shù)，也可以粘貼兩張Si基板的SDB(Silicon DirectBonding)技術(shù)，也可以使用其他方法。使第二半導體層3平坦化和薄膜化。例如利用被稱作CCPKomputerControlled Polishing)的研磨法，將第二半導體層3研磨至規(guī)定的厚度(例如SOym)。如圖4(b)所示，在第二半導體層3的上表面利用雜質(zhì)擴散或離子打入法形成由p 型Si構(gòu)成的應變片(壓電電阻區(qū)域)5、15。結(jié)果，如后所述，應變片5會形成在第二半導 體層3的隔膜4上。并且，應變片15會形成在隔膜4的外側(cè)。由此，成為如圖4(f)所示的 結(jié)構(gòu)。另外，應變片5是上述應變片5a 5d中的任一個，應變片15是上述應變片15a 15d中的任一個。接著，在第二半導體層3的上表面形成Si02層(未圖示)，在應變片5上 的Si02層形成接觸孔后，在該接觸孔部分對用于可與應變片5電連接的金屬電極(未圖示) 進行蒸鍍。另外，形成金屬電極的工序也可以在圖4(a) 圖4(f)之間的任意處實施。在這樣形成的S0I晶片下表面形成Si02膜或抗蝕劑(未圖示)。在與該Si02膜 或抗蝕劑的壓敏區(qū)域(形成有隔膜4的區(qū)域)相當?shù)牟糠中纬捎虚_口部la。而且，將這樣 形成圖案的Si02膜或抗蝕劑作為隔膜形成用的蝕刻掩膜，對第一半導體層1進行蝕刻(一 次挖掘)。在此，利用干蝕刻對第一半導體層1進行加工。更具體地說，利用ICP博斯法 (Bosch process)對第一半導體層1進行蝕刻。在博斯法中，進行各向異性蝕刻，因此第一 半導體層1的側(cè)壁大致垂直。另外，在博斯法中，交替實施蝕刻步驟和保護步驟(沉積步驟)。蝕刻步驟和保護 步驟每隔幾秒反復實施。在蝕刻步驟中，例如使用SF6氣體各向同性地進行蝕刻。在保護 步驟中，使用碳氟化合物(例如c4F8等)保護側(cè)壁。即，在第一半導體層1上堆積保護側(cè)壁 的膜。由此，由于能夠抑制蝕刻步驟中的橫方向的蝕刻，所以能夠?qū)Φ谝话雽w層1進行各 向異性蝕刻。這樣，通過使用博斯法，能夠深挖掘硅，形成垂直的溝槽構(gòu)造。在此，絕緣層2作為蝕刻阻擋層起作用。因此，蝕刻在開口部la漸漸進行，但如果 到達絕緣層2則蝕刻速率下降。這樣，除去第一半導體層1直至絕緣層2超出。由此，如圖 4(c)所示，在成為壓力傳感器的芯片的中央部分，在第一半導體層1上形成有開口部la，絕 緣層2超出。只要是各向異性蝕刻，可以用博斯法以外的蝕刻對第一半導體層1進行蝕刻。接著，將第一半導體層1作為蝕刻掩膜，對絕緣層2進行蝕刻。例如，通過使用HF 等溶液的濕蝕刻來加工絕緣層2。當然，對于絕緣層2，也可以用除此之外的腐蝕劑進行蝕 刻，也可以用干蝕刻進行蝕刻。除去因第一半導體層1的蝕刻而超出的絕緣層2，成為圖 4(d)所示的結(jié)構(gòu)。這樣，在成為壓敏區(qū)域的部分中，在絕緣層2上形成有開口部2a，第二半 導體層3超出。此時，設置于第一半導體層1、絕緣層2的開口部la、2a的徑大致相等。接著，在晶片的表面形成規(guī)定厚度的保護膜7。此時，形成于第一半導體層1的開口部la的側(cè)壁的保護膜7具有厚度分布而形成，使得在后述的二次挖掘工序時第一半導體 層1的開口部la的側(cè)壁成為規(guī)定的角度e的傾斜面。S卩，在第一半導體層1的開口部la 的側(cè)壁，如果以蝕刻從基座11側(cè)向第二半導體層3側(cè)進行的方式，且是以從基座11側(cè)向第 二半導體層3側(cè)變薄的厚度分布來形成保護膜7的話，則成為圖4(e)所示的結(jié)構(gòu)。另外， 保護膜7形成在晶片的整個面上。因而，保護膜7形成為覆蓋第一半導體層1。進而，在絕 緣層2的開口部2a的側(cè)壁和第二半導體層3超出的部分形成有保護膜7。保護膜7例如通過進行博斯法的保護步驟而形成。即，使用C4F8氣體等含有碳原 子和氟原子的氣體形成保護膜7。在此，由于使用碳氟化合物氣體，因此保護膜7由碳氟化 合物膜形成。由此，在晶片的整個面上堆積保護膜7。另外，可以通過反復進行幾秒的保護 步驟形成保護膜7，也可以通過連續(xù)長時間進行保護步驟形成保護膜7。進而，也可以用博 斯法以外的處理形成保護膜7。例如可以用光致抗蝕劑等形成保護膜7?；蛘呤牵部梢岳?用CVD(化學氣相生長法)等堆積保護膜7。此外，只要在第一半導體層1的開口部la的側(cè) 壁形成保護膜7即可，也可以不形成在其他的部分。之后，在形成有保護膜7的狀態(tài)下，對第一半導體層1、絕緣層2和第二半導體層3 進行蝕刻(二次挖掘)。由此，第一半導體層1的開口部la的側(cè)壁形成為規(guī)定角度e的傾 斜面。結(jié)果，第一半導體層1的開口部la的第二半導體層3側(cè)的開口徑比基座11側(cè)的開 口徑大。并且，在第二半導體層3上形成有用作隔膜4的凹部12。第二半導體層3的蝕刻 深度通過時間管理控制在規(guī)定的微小量(5 50i!m左右)。此時，第二半導體層3與絕緣 層2的開口部2a的側(cè)壁相比向外方側(cè)面蝕刻5 ii m 50 ii m左右。在此，能夠使用博斯法的蝕刻步驟等。即，使用含有硫原子和氟原子的氣體(SF6) 進行干蝕刻。此時，在向第一半導體層1和第二半導體層3施加偏置電壓的狀態(tài)下，如果進 行干蝕刻，則離子朝向第二半導體層3加速。因此，離子的縱方向的速度變得比橫方向的速 度高。等離子體中的離子的大部分在第一半導體層1和絕緣層2的開口部la、2a朝向第二 半導體層3。因而，離子對形成在第二半導體層3的表面的保護膜7的撞擊頻率變高，形成 在第二半導體層3的表面的保護膜7以某種偏高程度的蝕刻速率被漸漸蝕刻。另一方面，由于與上述同樣的理由，離子對形成在第一半導體層1和絕緣層2的開 口部la、2a的側(cè)壁的保護膜7的撞擊頻率相對變低，因此形成在第一半導體層1和絕緣層2 的側(cè)壁的保護膜7的蝕刻速率降低。因此，考慮到向第一半導體層1和第二半導體層3施 加的氣體流量和其他條件形成保護膜7，使得在第二半導體層3上蝕刻規(guī)定形狀的凹部12， 并且第一半導體層1的開口部la的側(cè)壁被蝕刻成規(guī)定角度e的傾斜面。此外，嚴格來說， 與第一半導體層1相比絕緣層2的蝕刻速率更低，在二次挖掘工序時絕緣層2比第一半導 體層1的開口部la的第二半導體層3側(cè)的開口邊緣更突出，因此將保護膜7形成為在二次 挖掘時第一半導體層1的第二半導體層3側(cè)的開口邊緣為R形狀，不會成為應力集中部位。 另外，嚴格來說，由于絕緣層2與第一半導體層1相比蝕刻速率更低，所以在二次挖掘工序 后，絕緣層2會比第一半導體層1的第二半導體層3側(cè)的開口邊緣更突出。該突出部不會 使傳感器的性能劣化，根據(jù)情況不同，能夠利用氟酸等濕蝕刻處理予以除去。此外，如果第二半導體層3的表面的保護膜7被除去，第二半導體層3超出，則第 二半導體層3被漸漸各向同性地蝕刻。因而，第二半導體層3被側(cè)面蝕刻。第二半導體層 3被側(cè)面蝕刻除去而形成的側(cè)端向形成在第一半導體層1和絕緣層2的開口部la、2a的外方超出。即，第二半導體層3的側(cè)端的位置從第一半導體層1和絕緣層2的側(cè)端偏移。用 于構(gòu)成隔膜4的凹部12，比第一半導體層1和絕緣層2的開口部la、2a大。而且，如果用 藥液等清洗晶片，除去形成于晶片的保護膜7，則成為圖4(f)所示的結(jié)構(gòu)。這樣，對第一半 導體層1進行側(cè)面蝕刻，將第一半導體層1的開口部la的側(cè)壁形成規(guī)定角度e的傾斜面。 由此，能夠擴大傳感器芯片10向基座11接合的接合區(qū)域。此外，對第二半導體層3進行側(cè) 面蝕刻，在第二半導體層3上形成比絕緣層2的蝕刻部分大的凹部12。由此，能夠增大壓敏 區(qū)域。進而，利用側(cè)面蝕刻將第二半導體層3的側(cè)端加工成R形狀。由此，能夠緩和應力集 中。這樣，在第二半導體層3上形成隔膜4。第二半導體層3的蝕刻是5 50 y m左右 的微小量，不會因蝕刻而產(chǎn)生厚度偏差，因此能夠形成均勻厚度的隔膜4。因此，能夠提高測 定精度。此外，由于在隔膜4上不殘留絕緣層2，所以能夠提高邊緣部6的強度。此外，在形成保護膜7的工序中使用博斯法的保護步驟，在二次挖掘工序中使用 博斯法的蝕刻步驟等。由此，由于能夠在同一裝置內(nèi)連續(xù)進行處理，所以能夠提高生產(chǎn)性。 此外，通過用博斯法進行一次挖掘，能夠使用同一裝置，因此能夠進一步提高生產(chǎn)性。當然， 也可以使用其他的蝕刻方法對第一半導體層1和第二半導體層3進行蝕刻。而且，基座11與傳感器芯片10的背面?zhèn)冉雍?。在此，僅接合部13A被接合，非接 合部13不被接合。由此，成為圖4(g)所示的結(jié)構(gòu)。例如，利用陽極接合直接接合傳感器芯 片10和基座11。這樣壓力傳感器的制作結(jié)束。這樣，由于利用各向同性的蝕刻進行二次挖掘，所以能夠?qū)⒌诙雽w層3的凹 部12形成得比開口部la、2a大。由此，在增大了壓敏區(qū)域的面積的情況下，也能夠增大接 合部13A。特別是，由于第一半導體層1的開口部la的第二半導體層3側(cè)的開口徑比基座 11側(cè)的開口徑大，所以能夠進一步增大接合部13A。由此，能夠提高接合的信賴性。此外， 由于將壓敏區(qū)域側(cè)的第二半導體層3的側(cè)端加工成R形狀，所以能夠緩和應力集中。能夠 實現(xiàn)傳感器芯片10的小型化并且能夠得到高性能的傳感器。另外，在上述說明中，以使用絕緣層2的例子進行了說明，但如果采用即使沒有絕 緣層2 (阻擋層)也能夠調(diào)整該一次挖掘的蝕刻速率和時間進而能夠充分確保第二半導體 層3的厚度的制造方法，就不一定需要增加在本壓力傳感器中設置絕緣層的步驟。此外，在 上述說明中，隔膜形成為四邊形狀，但也可以形成多邊形狀、圓形狀。
10
權(quán)利要求
一種壓力傳感器，其特征在于，包括傳感器芯片，其具備具有開口部的第一半導體層，和形成在所述第一半導體層上并具有成為隔膜的凹部的第二半導體層；和基座，其具有與所述開口部連通的壓力導入孔，并與所述傳感器芯片接合，所述第二半導體層的凹部比所述第一半導體層的開口部大，所述第一半導體層的開口部的所述第二半導體層側(cè)的開口口徑比所述基座側(cè)的開口口徑大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于在所述第一半導體層和所述第二半導體層之間形成有具有開口部的絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器，其特征在于在所述傳感器芯片與所述基座間的接合部的周邊形成有非接合部，利用該非接合部在 所述傳感器芯片和所述基座之間設置出間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的壓力傳感器，其特征在于所述第二半導體層的凹部的開口邊緣與所述第一半導體層中的所述第二半導體層側(cè) 的開口部的側(cè)壁相比向外方超出5 y m以上50 y m以下的尺寸。
5.一種壓力傳感器的制造方法，其中壓力傳感器具有由第一半導體層和第二半導體層 構(gòu)成的傳感器芯片，第二半導體層形成壓敏區(qū)域的隔膜，該壓力傳感器的制造方法的特征 在于，包括下述工序?qū)λ龅谝话雽w層進行各向異性蝕刻，在與所述壓敏區(qū)域相對應的部分形成開口部 的工序；在所述第一半導體層的開口部的側(cè)壁形成保護膜的工序，其中該保護膜具有所述第二 半導體層側(cè)的膜厚變薄的厚度分布；在形成所述保護膜后，對所述第一半導體層的開口部的側(cè)壁進行蝕刻，使第一半導體 層的靠近所述第二半導體層側(cè)的開口口徑比相對側(cè)的開口徑大，然后對成為所述壓敏區(qū)域 的所述第二半導體層進行蝕刻以形成所述隔膜，從而在所述第二半導體層上形成比所述第 一半導體層的開口部更大的凹部的工序；和使基座與所述傳感器芯片接合的工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于在對所述第一半導體層進行各向異性蝕刻而形成開口部的工序后，還具備對設置在所述第一半導體層和所述第二半導體層之間的絕緣層進行蝕刻而形 成開口部的工序，在所述第一半導體層上形成開口部的工序中，將設置在所述第一半導體層和所述第二 半導體層之間的絕緣層作為蝕刻阻擋層，進行所述各向異性蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于在使基座與所述傳感器芯片接合的工序中，在所述傳感器芯片和所述基座間的接合部 的周邊形成非接合部，利用該非接合部在所述傳感器芯片和所述基座之間設置出間隙。
全文摘要
本發(fā)明提供一種小型且高性能的壓力傳感器及其制造方法。本發(fā)明的壓力傳感器(30)包括傳感器芯片(10)，其具備具有開口部(1a)的第一半導體層(1)，和設置在第一半導體層(1)上且具有成為隔膜(4)的凹部(12)的第二半導體層(3)；和基座(11)，其具有與開口部(1a)連通的壓力導入孔(17)并與傳感器芯片(10)接合。第二半導體層(3)的凹部(12)比第一半導體層(1)的開口部(1a)大。第一半導體層(1)的開口部(1a)的第二半導體層(3)側(cè)的開口口徑比基座(11)側(cè)的開口口徑大。
文檔編號G01L1/22GK101876575SQ201010169200
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者東條博史, 德田智久 申請人:株式會社山武