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)明涉及用外延生長的單晶硅作為測量薄膜，精度及靈敏度均良好、可靠性高的半導(dǎo)體壓力傳感器及其制造方法。


圖1是目前通常使用的一個實例的簡要結(jié)構(gòu)說明圖。由H，Guckel等發(fā)表于Transducers’89 Proceeding Vol2 P346-P351“Fine-grained Polysilicon and its Application to planer pressureTransducers”。
在圖中，11是硅襯底，12是和硅襯底一起構(gòu)成空腔13的、材料為多晶硅的測量薄膜。14是制作于測量薄膜12表面的壓阻式應(yīng)變計。15是設(shè)置在測量薄膜12上，用以連通空腔13與外部的連通孔。16是封住連通孔15的多晶硅薄膜。
在上述結(jié)構(gòu)當(dāng)中，空腔13采用下面方法形成。首先采用硅氧化膜形成對應(yīng)于空腔13的各個部分，而后通過連接空腔13與外部的連通孔15憑借選擇性腐蝕去除硅氧化膜，最后用LPCVD法淀積產(chǎn)生的多晶硅薄膜16將上述通孔密封。通過采用LPCVD，空腔13能保持實用上足夠的真空度以作為絕對壓力傳感器中的參考壓力。
然而，在這樣的裝置當(dāng)中，(1)測量薄膜12由多晶硅構(gòu)成，容易存在內(nèi)部應(yīng)力，因此測量薄膜的剛性將隨熱處理而發(fā)生變化。
(2)由于壓阻式應(yīng)變計14必須在多晶硅測量薄膜12上形成，因此靈敏度低。
本發(fā)明旨在解決上述問題。
此外，在硅氧化膜上制作單晶硅也并非易事，然而隨著近年來半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，獲得良好的SOI晶片已成為可能。
本發(fā)明即是基于這種現(xiàn)狀而進行的。
本發(fā)明的目的在于提供一種用外延生長的單晶硅作為測量薄膜，精度及靈敏度良好、可靠性高的半導(dǎo)體壓力傳感器及其制造方法。
為實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中，(1)半導(dǎo)體壓力傳感器的特征在于具備有單晶硅襯底；具有一定間隙的密封腔，該密封腔被設(shè)置在硅單晶襯底上，用以形成由外延生長法制備的測量薄膜而當(dāng)該薄膜承受過大壓力時，上述密封腔可成為薄膜的背面支撐；以及在由前述單晶硅構(gòu)成的測量薄膜上制作的應(yīng)變檢測元件。
(2)在將一個空腔制作于單晶硅襯底內(nèi)的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法中，其特征在于采用下述工藝(a)基于光刻法的SOI晶片上SOI硅和絕緣膜的選擇性去除工藝。
(b)在前述SOI晶片的SOI一側(cè)進行外延生長以形成測量薄膜的工藝。
(c)前述測量薄膜上應(yīng)變檢測元件的制作工藝。
(d)在前述SOI一側(cè)形成通至絕緣膜的連通孔的工藝。
(e)經(jīng)由前述連通孔，憑借選擇性腐蝕的前述絕緣膜去除工藝。
(f)用薄膜將連通孔密封的工藝。
在以上結(jié)構(gòu)當(dāng)中，借助光刻法有選擇地去除SOI晶片上的SOI硅及絕緣膜。在SOI晶片的SOI一側(cè)進行外延生長以形成測量薄膜。在測量薄膜上形成應(yīng)變檢測元件。在SOI一側(cè)形成通至絕緣膜的連通孔。經(jīng)由連通孔依靠選擇性腐蝕除去絕緣膜。用薄膜將連通孔密封。
其結(jié)果，由于半導(dǎo)體壓力傳感器可以完全用單晶硅構(gòu)成，因此，(1)可以制作出具有高靈敏度的應(yīng)變檢測元件。
(2)與多晶硅材料相比，可以形成穩(wěn)定，高精度的測量薄膜。
因此，如果借助本發(fā)明，可以實現(xiàn)由外延生長的單晶硅構(gòu)成的，精度，靈敏度良好、可靠性高的半導(dǎo)體壓力傳感器。
圖1是目前一般使用的例子的說明圖。
圖2是本發(fā)明中一個實施例的構(gòu)成說明圖。
圖3是本發(fā)明中光刻工藝的說明圖。
圖4是本發(fā)明中測量薄膜形成工藝的說明圖。
圖5是本發(fā)明中應(yīng)變檢測元件形成工藝的說明圖。
圖6是本發(fā)明的連通孔形成工藝說明圖。
圖7是本發(fā)明中的絕緣膜去除工藝說明圖。
圖8是本發(fā)明中的連通孔封閉工藝說明圖。
以下，參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。圖2是本發(fā)明中一個實施例的主要部分的構(gòu)成說明圖。
21是單晶硅襯底。22是設(shè)置在單晶硅襯底21上，并在單晶硅襯底上形成測量薄膜23的空腔。24是連通空腔22與外部的連通孔。25是用以堵塞連通孔24的薄膜。薄膜25是使用諸如LPCVD法淀積形成的多晶硅等。
在空腔22的內(nèi)部，由于采用LPCVD法形成多晶硅薄膜時的環(huán)境氣壓將被封入到空腔中，腔內(nèi)氣壓約為0.2 Torr，因此作為絕對壓力傳感器的參考壓力，該真空度已足夠了。
26是設(shè)在測量薄膜23上的應(yīng)變檢測傳感器。應(yīng)變檢測傳感器26使用諸如壓阻式應(yīng)變計或具有兩端固定支架的諧振式應(yīng)變計等等。
在以上結(jié)構(gòu)當(dāng)中，一旦加上測試壓力Pm，測量薄膜23發(fā)生撓曲，其撓度正比于壓力Pm與空腔內(nèi)壓力(幾乎為真空)之差，同時將有應(yīng)變施加到應(yīng)變檢測傳感器26上，通過測定該應(yīng)變即可檢測出待測壓力Pm。
但是，如果測試壓力Pm比規(guī)定值大，則測量薄膜23與空腔22的圖中所示的下表面接觸，防止因過大壓力而導(dǎo)致碎裂。
這種裝置的制作過程如圖3～圖8所示。
(a)如圖3所示，借助光刻法有選擇地去除SOI晶片101上的SOI硅層102以及硅氧化膜103。
(b)如圖4所示，在SOI晶片101上外延生長外延層104，形成測量薄膜105。
(c)如圖5所示，在測量薄膜105上形成應(yīng)變檢測元件106。
(d)如圖6所示，從SOI晶片101的表面形成通至硅氧化膜103的連通孔107。
(e)如圖7所示，從連通孔107借助選擇性腐蝕去除氧化硅膜103。
(f)如圖8所示，借助LPCVD法形成多晶硅膜108，封閉連通孔107。
其結(jié)果，由于半導(dǎo)體壓力傳感器完全由單晶硅構(gòu)成，因此(1)可以制作具有高靈敏度的應(yīng)變檢測元件26。
(2)與多晶硅材料相比，可以形成穩(wěn)定，高精度的測量薄膜23。
作為本發(fā)明的試驗例，例如，可得到0.6mm見方的、滿刻度為180kPa、輸出電壓為18mV/V的傳感器。而且可以得到耐壓能力為10MPa以上的半導(dǎo)體壓力傳感器。
因此，如果借助本發(fā)明，可以實現(xiàn)由外延生長的單晶硅構(gòu)成的，精度、靈敏度良好、可靠性高的半導(dǎo)體壓力傳感器及其制造方法。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于具備有單晶硅襯底，具有一定狹小間隙的密封腔，該密封腔設(shè)在所述單晶硅襯底上用以形成由外延生長法制備的測量薄膜并在該薄膜承受過大壓力時成為薄膜的背面支撐，以及在前述測量薄膜中制作的應(yīng)變檢測元件。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于在前述空腔中形成近似真空。
3.在單晶硅襯底內(nèi)制作空腔的半導(dǎo)體壓力傳感器的制造方法中，其特征在于具有以下工藝(a)依靠光刻法有選擇地去除SOI晶片上的SOI硅和絕緣膜的工藝；(b)在前述SOI晶片的SOI一側(cè)形成外延生長層以形成測量薄膜的工藝；(c)在前述測量薄膜上制作應(yīng)變檢測元件的工藝；(d)在前述SOI一側(cè)形成通至前述絕緣膜的連通孔的形成工藝；(e)經(jīng)由前述連通孔，憑借選擇性腐蝕除去前述絕緣膜的工藝；以及(f)憑借薄膜將連通孔密封的工藝。
全文摘要
一種半導(dǎo)體壓力傳感器，其特征在于具備有單晶硅襯底；設(shè)置在該單晶硅襯底上用以形成由外延生長法制備的測量薄膜，并作為該薄膜在承受過大壓力時的背面支撐的具有確定狹小間隙的密閉空腔；以及在由前述單晶硅構(gòu)成的測量薄膜上制作的應(yīng)變檢測元件。
文檔編號G01L9/04GK1149931SQ96190266
公開日1997年5月14日 申請日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月29日
發(fā)明者渡邊哲也, 工藤貴裕, 池田恭一 申請人:橫河電機株式會社