专利名称：压力传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及压力传感器及其制造方法，特别详细地说涉及具有隔膜(diaphragm) 的压力传感器及其制造方法。
背景技术：
利用半导体的压电电阻效应的压力传感器具有小型、轻量、高灵敏度的特点，因此 广泛应用于工业计测、医疗等领域。在这样的压力传感器中，在半导体隔膜上形成有应变 片。利用施加于隔膜的压力，应变片发生变形。检测基于压电电阻效应的应变片的电阻变 化，测定压力。而且，为了缓和来自封装的应力，形成有隔膜的传感器芯片与玻璃等的基座 接合(专利文献1)。在此，使用图5对压力传感器的结构进行说明。图5是表示现有的压力传感器的 结构的侧视截面图。传感器芯片10例如由单结晶硅基板形成。而且，在传感器芯片10上 形成有具有压电电阻效应的应变片5、15。传感器芯片10的中央部分被蚀刻，形成有隔膜 4。在此，传感器芯片10的中央部分被蚀刻为锥状。由此，传感器芯片背面的隔膜传感器开 口尺寸比隔膜尺寸大。基座11与传感器芯片10接合。在隔膜4的周边部，基座11与传感 器芯片10接合。另外，在专利文献2中公开了隔膜的压敏区域侧的边缘部为了缓和应力集中而作 成R形状的压力传感器。专利文献1日本特开2002-277337号公报专利文献2日本特开2002-208708号公报为了提高压力传感器的压力灵敏度，需要增大隔膜4。此外，为了确保与基座11的 接合强度，需要增大接合区域(接合部)的面积。但是，在传感器芯片10的大小一定的情 况下，如果为了提高灵敏度而增大隔膜4则与基座的接合区域变�。绻颂岣呓雍系� 信赖性而增大接合区域则隔膜4变小。因此，为了提高压力灵敏度并且确保接合强度，存在 不得不增大传感器芯片10的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种小型且高性能的 压力传感器及其制造方法。本发明涉及的压力传感器，包括传感器芯片，其具备具有开口部的第一半导体 层，和形成在上述第一半导体层上并具有成为隔膜的凹部的第二半导体层；和基座，其具有 与上述开口部连通的压力导入孔，并与上述传感器芯片接合，上述第二半导体层的凹部比 上述第一半导体层的开口部大，上述第一半导体层的开口部的上述第二半导体层侧的开口 径比上述基座侧的开口径大。由此，在增大隔膜的情况下，也能够扩大与基座的接合面积。 因此，能够实现更小型且接合的信赖性高的压力传感器。优选在上述第一半导体层和上述第二半导体层之间形成有具有开口部的绝缘层。由此，能够使隔膜的厚度均勻。优选在上述传感器芯片与上述基座间的接合部的周边形成 有非接合部，利用该非接合部在所述传感器芯片和所述基座之间设置出间隙。由此，能够提
高S/N比。优选上述第二半导体层的凹部的开口边缘与上述第一半导体层中的上述第二半 导体层侧的开口部的侧壁相比向外方超出5 ym以上50 ym以下的宽度尺寸。本发明涉及的压力传感器的制造方法，其中压力传感器具有设有第一半导体层和 第二半导体层的传感器芯片，第二半导体层成为作为压敏区域的隔膜，该压力传感器的制 造方法的特征在于，包括下述工序对上述第一半导体层进行各向异性蚀刻，在成为上述压 敏区域的部分在上述第一半导体层上形成开口部的工序；在上述第一半导体层的开口部的 侧壁形成保护膜的工序，其中该保护膜具有所述第二半导体层侧的膜厚变薄的厚度分布； 在形成上述保护膜后，对上述第一半导体层的开口部的侧壁进行蚀刻，从而将上述第一半 导体层的开口部形成为在上述第二半导体层侧的开口径比在相对侧的开口径大，并且对成 为上述压敏区域的部分的上述第二半导体层进行蚀刻以形成所述隔膜，从而在上述第二半 导体层上形成比上述第一半导体层的开口部更大的凹部的工序；和使基座与上述传感器芯 片接合的工序。由此，在增大隔膜的情况下，也能够扩大与基座的接合面积。因此，能够实 现更小型且接合的信赖性高的压力传感器。优选对上述第一半导体层进行各向异性蚀刻而形成开口部的工序后，还具备对设 置在上述第一半导体层和上述第二半导体层之间的绝缘层进行蚀刻而形成开口部的工序， 在上述第一半导体层上形成开口部的工序中，将设置在上述第一半导体层和上述第二半导 体层之间的绝缘层作为蚀刻阻挡层，进行上述各向异性蚀刻。由此，能够使隔膜的厚度均 勻。优选在使基座与上述传感器芯片接合的工序中，在上述传感器芯片和上述基座间 的接合部的周边形成非接合部，利用该非接合部在上述传感器芯片和上述基座之间设置出 间隙。由此，能够提高S/N比。根据本发明，能够提供一种小型且高性能的压力传感器及其制造方法。
图1是表示本发明的实施方式涉及的压力传感器的结构的侧视截面图。图2是表示本发明的实施方式涉及的压力传感器的结构的平面图。图3是表示将本发明的实施方式涉及的压力传感器的第二半导体层的侧端加工 成R形状时的效果的图。图4是表示本发明的实施方式涉及的压力传感器的制造工序的工序截面图。图5是表示现有的压力传感器的结构的侧视截面图。符号说明1…第一半导体层；la…第一半导体层的开口部；2…绝缘层；2a…绝缘层的开口 部；3…第二半导体层；4…隔膜；5a 5d…应变片；6…隔膜的边缘部；7…保护膜；10…传 感器芯片；10a…第一半导体层的厚壁部；11…基座；12…第二半导体层的凹部；13…非接 合部；13A…接合部；14…台阶部；15a 15d…应变片；17…贯通孔；30…压力传感器。
具体实施例方式以下参照附图对应用本发明的具体实施方式
进行详细说明。图1是表示本实施方 式涉及的压力传感器的结构的侧视截面图。图2是本压力传感器的俯视图。图1是图2的 II-II截面图，本实施方式涉及的压力传感器是利用半导体的压电电阻效应的半导体压力 传感器。压力传感器30具有由结晶面方位为(100)面的n型单结晶硅构成的正方形的传 感器芯片10、和与传感器芯片10接合的基座11。传感器芯片10具备成为基台的第一半导 体层1、绝缘层2和第二半导体层3。即，传感器芯片10具有由第一半导体层1、绝缘层2和 第二半导体层3构成的三层构造。第一半导体层1和第二半导体层3由n型单结晶硅构成。 绝缘层2例如由Si02构成。在第一半导体层1上形成有绝缘层2。此外，在绝缘层2上形 成有第二半导体层3。因而，在第一半导体层1和第二半导体层3之间配设有绝缘层2。绝 缘层2在对第一半导体层1进行蚀刻时作为蚀刻阻挡层(etching stopper)起作用。第二 半导体层3构成隔膜4。隔膜4配设在传感器芯片10的中央部分。在成为压敏区域的部分中，在第一半导体层1和绝缘层2上形成有开口部la、2a， 第二半导体层3超出。第一半导体层1的开口部la的第二半导体层3侧开口径比基座11 侧的开口径大。本实施方式的第一半导体层1的开口部la的侧壁作成相对于与第一半导 体层1的第二半导体层3侧的接合面正交的方向倾斜角度0的倒锥状的倾斜面。此时，倾 斜面的角度0为3° 20°左右。绝缘层2的开口部2a与第一半导体层1的开口部la 的第二半导体层3侧的开口径大致相等。另外，在本实施方式中，绝缘层2的开口部2a与 第一半导体层1的开口部la的第二半导体层3侧的开口径大致相等，但并不是一定要大致 相等。另外，角度e比0大即可，只要第二半导体层3侧的开口径比基座11侧的开口径 大，则线性或阶梯性的锥形状等形状都可以。此外，角度e越大则越能较大地确保与基座 11的接合面积，但最好根据传感器芯片10的大小适当设计。而且，在成为压敏区域的部分中，在第二半导体层3的背面中央形成有凹部12。 即，在成为压敏区域的部分，第二半导体层3的厚度变得比其他部分薄。这样，第二半导体 层3变薄的部分成为用于测定压力的隔膜4。在此，俯视看在传感器芯片10的表面中央部 形成为正方形状的隔膜4。与该隔膜4对应的区域成为压力传感器30的压敏区域。凹部12形成为正方形状。如图2所示，凹部12比开口部la和开口部2a的开口 径大一圈。即，正方形状的压敏区域的平面区域比正方形状的开口部la和开口部2a的平 面区域大一圈。由此，能够扩大压敏区域。由此，能够提高压力传感器30的测定灵敏度。在传感器芯片10上设置有包围隔膜4的厚壁部10a。厚壁部10a形成传感器芯片 10的外周部。在传感器芯片10的背面侧，传感器芯片10的厚壁部10a被阳极接合于基座 11。基座11利用派热克斯玻璃(注册商标)或玻璃(Tempex glass)(注册商标)等的可 阳极接合的玻璃等形成具有与传感器芯片10大致相同大小的棱柱体。在基座11的中央， 形成有经由第一半导体层1和绝缘层2的开口部la、2a而将测定压力P1引导至隔膜4的 背面侧的贯通孔(压力导入孔)17。即，贯通孔17与开口部la、开口部2a和凹部12连通。隔膜4在以其对角线a、a与传感器芯片10的边正交的方式相对传感器芯片10倾 斜大致45°的状态下形成。而且，在隔膜4表面的周边部附近形成有作为压电区域起作用并检测差压或压力的四个差压或压力检测用的应变片5a 5d。应变片5a 5d配置成位 于传感器芯片10的对角线b、b上。此外，这些应变片5a 5d形成在压电电阻系数在传感 器芯片10的结晶面方位(100)上处于最大的<110>的结晶轴方向上。这样，在第二半导体层3的上面侧形成有具有压电电阻效应的应变片5a 5d。应 变片5a 5d配设在隔膜4上。在此，在第二半导体层3上形成有四个应变片5a 5d。另 外，在第二半导体层3的上表面形成有与应变片5a 5d连接的金属电极(未图示)。而 且，应变片5a 5d与电桥电路接线。S卩，应变片5a 5d构成惠斯登电桥电路。由于由隔 膜隔开的空间的压力差，隔膜4发生变形。应变片5a 5d根据隔膜4的变形量其电阻发 生变化。通过检测该电阻变化，能够测定压力。例如，如果向隔膜4的表背面施加测定压力P1、P2，则隔膜4发生变形。伴随着隔 膜4的变形各应变片5a 5d的电阻率发生变化。由此，测定压力PI、P2的差压信号被差 动输出。此时的应变片5a 5d的电阻变化率由下式表示。A R/R = π 44 ( o r- o 0 ) /2......(1)其中，、4是压电电阻系数，or是与隔膜4的边垂直的应力，o 0是与隔膜4的 边平行的应力。传感器芯片10的厚壁部10a与基座11的表面接合。此时，如上所述，第一半导体 层1的开口部la的第二半导体层3侧的开口径形成得比基座11侧的开口径大。因此，在 增大隔膜4的情况下，传感器芯片10的厚壁部10a也能够确保与基座11的接合区域。由 此，即使不增加芯片尺寸，也能够提高接合强度。因此，能够实现压力传感器30的小型化， 并且能够提高信赖性。因此，与现有技术相比能够实现小型且高性能的传感器芯片。在此，即使隔膜4的两面的测定压力P1、P2的差为0，在静压或温度发生了变化的 情况下，由于材料的不同和形状，上述(1)式中的or-o 0的差亦不为零。因此，存在电桥 电路产生输出，零点移动这样的问题。这样，由于静压或温度变化而使o e，应变片 5a 5d的电阻值发生变化。即，传感器芯片10与基座11间的接合面与隔膜4的变形相 关。而且，在正方形的隔膜4的对角线a、a以相对于正方形的传感器芯片10的边正交的方 式形成为倾斜大致45°的情况下，在传感器芯片10的接合面之中对角线b方向的接合面的 长度变长。因此，在接合厚壁部10a的背面整体的情况下，与隔膜4的边垂直的应力or变 得比与隔膜4的边平行的应力o 0大。结果，零点产生移动，无法以高精度检测差压。因此，在压力传感器30中，为了缓和应力并减小干扰而仅将传感器芯片10的厚壁 部10a的背面的一部分与基座11接合。即，在基座11的上表面的一部分上形成台阶部14。 而且，通过使形成有台阶部14的部分与基座11分离而成为非接合部13，通过使没有形成台 阶部14的部分与基座11接合而成为接合部13A。非接合部13的形成部位为传感器芯片10的背面的各角部，非接合部13位于比接 合部13A更靠外侧的位置。也就是接合部13A在外形八边形的框上包围隔膜4。形成非接合部13的大�。沟糜Ρ淦�5a 5d所产生的与隔膜4的边垂直的方向 的应力or和与隔膜4的边平行的方向的应力o 0相等。即，通过使非接合部13的长度 A和接合部13A的长度B的比A/B最佳化，使or = o e，从而使由静压或温度引起的零点 移动最小。由此，能够提高S/N比。
台阶部14配置在基座11的与非接合部13对应的角部。即，在非接合部13，在基 座11和传感器芯片10之间形成有与台阶部14的高度对应的间隙。另外，当然也可以在厚 壁部10a的背面侧形成台阶部，设置非接合部13。如上所述，通过使A/B最佳化而使or = o 0，能够使由静压或温度引起的零点移 动最小。另外，实际上存在极难使or和o 0完全相等的情况。在该情况下，通过在同一 传感器芯片上设置静压检测用的应变片15a 15d，能够修正差压或压力检测用的应变片 5a 5d的检测信号。由此，能够更高精度地测定差压或压方。在第二半导体层3的表面侧形成有具有压电电阻效应的应变片15a 15d。应变 片15a 15d形成在隔膜4的外侧。应变片15a 15d形成在传感器芯片10的表面。应 变片15a 15d形成在与非接合部13对应的厚壁部10a的表面。用应变片15a 15d检 测静压，基于该检测信号修正差压或压力检测用的应变片15a 15d的检测信号。静压检 测用的应变片15a 15d配置在传感器芯片10的对角线b、b上。进而，应变片15a 15d 被设置位于传感器芯片10的各角部。此外，应变片15a 15d被较长地形成在压电电阻系 数在传感器芯片10的结晶面方位(100)处于最大的<110>的结晶轴方向上。应变片15a 15d与差压或压力检测用的应变片5a 5d同样利用扩散或者离子打入法形成。而且，应变 片15a 15d通过未图示的导线与惠斯登电桥接线。应变片15a 15d通过电阻率伴随着 基于静压的非接合部13的变形而发生变化来对静压进行检测。而且，应变片15a 15d基 于该检测信号对差压或压力检测用的应变片5a 5d的检测信号进行修正。应变片15a 15d配置在非接合部13的表面。此外，应变片15a 15d配置在与 隔膜4的中心分离的位置。如果设置非接合部13，则产生基于静压的发生电压高的区间。 如果在该区间内且非接合部13的传感器芯片10表面设置应变片15a 15d，则对静压的灵 敏度高，对差压的灵敏度低。由此，能够减少干扰，能够高精度地修正基于差压或压力检测 用的应变片5a 5d的检测信号。也可以将应变片15a 15d配置成其一部分延伸至接合 部13A的传感器芯片10表面。另外，优选延伸至接合部13A的部分的长度比设置于非接合 部13的部分的长度短。在此，令隔膜4的两端附近为边缘部6。在边缘部6，第二半导体层3的侧端与形 成于第一半导体层1和绝缘层2的开口部la、2a相比向外方超出5iim 50iim左右的宽 度尺寸T。在此，宽度尺寸T是第二半导体层3的侧端以第一半导体层1的开口部la中的 第二半导体层3侧的侧壁端部为基准向外方超出的尺寸。而且，第二半导体层3的侧端加 工成R形状。因此，能够缓和应力集中。此外，由于能够增大隔膜4，所以能够得到小型且精 度高的压力传感器30。图3是表示将第二半导体层3的侧端加工成R形状时的效果的图。横轴是R尺寸， 相当于上述的宽度尺寸T。另外，如后所述，该R形状通过对第二半导体层3进行成为大致 各向同性的规定蚀刻而形成，该宽度尺寸T与R形状的深度方向的尺寸大致相等。此外，纵 轴是表示以R尺寸为零、即没有R形状的压力传感器的耐压大小为1 (基准)，增大R尺寸 (宽度尺寸T)时的耐压的大小的耐压提高率。进行了1 尺寸为0、20、4011111的压力传感器 的耐压试验，得到R尺寸越大耐压越高的结果。在此，之所以将超出到外方的宽度尺寸T的下限设为5 ym左右，是由于即便考虑 到加工的尺寸偏差亦可根据图3实现相比没有R形状情况提高10%左右的耐压。另一方面，如果增大宽度尺寸T则能够进一步实现耐压提高，但由于隔膜4的厚度的偏差也变大， 所以将上限设为50i!m左右。另外，只要宽度尺寸T超过0 y m就能够实现耐压提高，并未否定不足5 u m或超过 50 um的情况。接着使用图4对压力传感器30的制造方法进行说明。图4是表示压力传感器的制 造方法的工序截面图。首先，如图4(a)所示，准备由第一半导体层1、厚度为0.5pm左右的 绝缘层2和第二半导体层3构成的SOI (Silicon On Insulator)晶片。为了制作该晶片SOI， 可以使用向Si基板中注入氧而形成Si02层的SIM0X(S印aration by IMplantedOXygen)技 术，也可以粘贴两张Si基板的SDB(Silicon DirectBonding)技术，也可以使用其他方法。使第二半导体层3平坦化和薄膜化。例如利用被称作CCPKomputerControlled Polishing)的研磨法，将第二半导体层3研磨至规定的厚度(例如SOym)。如图4(b)所示，在第二半导体层3的上表面利用杂质扩散或离子打入法形成由p 型Si构成的应变片(压电电阻区域)5、15。结果，如后所述，应变片5会形成在第二半导 体层3的隔膜4上。并且，应变片15会形成在隔膜4的外侧。由此，成为如图4(f)所示的 结构。另外，应变片5是上述应变片5a 5d中的任一个，应变片15是上述应变片15a 15d中的任一个。接着，在第二半导体层3的上表面形成Si02层(未图示)，在应变片5上 的Si02层形成接触孔后，在该接触孔部分对用于可与应变片5电连接的金属电极(未图示) 进行蒸镀。另外，形成金属电极的工序也可以在图4(a) 图4(f)之间的任意处实施。在这样形成的S0I晶片下表面形成Si02膜或抗蚀剂(未图示)。在与该Si02膜 或抗蚀剂的压敏区域(形成有隔膜4的区域)相当的部分形成有开口部la。而且，将这样 形成图案的Si02膜或抗蚀剂作为隔膜形成用的蚀刻掩膜，对第一半导体层1进行蚀刻(一 次挖掘)。在此，利用干蚀刻对第一半导体层1进行加工。更具体地说，利用ICP博斯法 (Bosch process)对第一半导体层1进行蚀刻。在博斯法中，进行各向异性蚀刻，因此第一 半导体层1的侧壁大致垂直。另外，在博斯法中，交替实施蚀刻步骤和保护步骤(沉积步骤)。蚀刻步骤和保护 步骤每隔几秒反复实施。在蚀刻步骤中，例如使用SF6气体各向同性地进行蚀刻。在保护 步骤中，使用碳氟化合物(例如c4F8等)保护侧壁。即，在第一半导体层1上堆积保护侧壁 的膜。由此，由于能够抑制蚀刻步骤中的横方向的蚀刻，所以能够对第一半导体层1进行各 向异性蚀刻。这样，通过使用博斯法，能够深挖掘硅，形成垂直的沟槽构造。在此，绝缘层2作为蚀刻阻挡层起作用。因此，蚀刻在开口部la渐渐进行，但如果 到达绝缘层2则蚀刻速率下降。这样，除去第一半导体层1直至绝缘层2超出。由此，如图 4(c)所示，在成为压力传感器的芯片的中央部分，在第一半导体层1上形成有开口部la，绝 缘层2超出。只要是各向异性蚀刻，可以用博斯法以外的蚀刻对第一半导体层1进行蚀刻。接着，将第一半导体层1作为蚀刻掩膜，对绝缘层2进行蚀刻。例如，通过使用HF 等溶液的湿蚀刻来加工绝缘层2。当然，对于绝缘层2，也可以用除此之外的腐蚀剂进行蚀 刻，也可以用干蚀刻进行蚀刻。除去因第一半导体层1的蚀刻而超出的绝缘层2，成为图 4(d)所示的结构。这样，在成为压敏区域的部分中，在绝缘层2上形成有开口部2a，第二半 导体层3超出。此时，设置于第一半导体层1、绝缘层2的开口部la、2a的径大致相等。接着，在晶片的表面形成规定厚度的保护膜7。此时，形成于第一半导体层1的开口部la的侧壁的保护膜7具有厚度分布而形成，使得在后述的二次挖掘工序时第一半导体 层1的开口部la的侧壁成为规定的角度e的倾斜面。S卩，在第一半导体层1的开口部la 的侧壁，如果以蚀刻从基座11侧向第二半导体层3侧进行的方式，且是以从基座11侧向第 二半导体层3侧变薄的厚度分布来形成保护膜7的话，则成为图4(e)所示的结构。另外， 保护膜7形成在晶片的整个面上。因而，保护膜7形成为覆盖第一半导体层1。进而，在绝 缘层2的开口部2a的侧壁和第二半导体层3超出的部分形成有保护膜7。保护膜7例如通过进行博斯法的保护步骤而形成。即，使用C4F8气体等含有碳原 子和氟原子的气体形成保护膜7。在此，由于使用碳氟化合物气体，因此保护膜7由碳氟化 合物膜形成。由此，在晶片的整个面上堆积保护膜7。另外，可以通过反复进行几秒的保护 步骤形成保护膜7，也可以通过连续长时间进行保护步骤形成保护膜7。进而，也可以用博 斯法以外的处理形成保护膜7。例如可以用光致抗蚀剂等形成保护膜7。或者是，也可以利 用CVD(化学气相生长法)等堆积保护膜7。此外，只要在第一半导体层1的开口部la的侧 壁形成保护膜7即可，也可以不形成在其他的部分。之后，在形成有保护膜7的状态下，对第一半导体层1、绝缘层2和第二半导体层3 进行蚀刻(二次挖掘)。由此，第一半导体层1的开口部la的侧壁形成为规定角度e的倾 斜面。结果，第一半导体层1的开口部la的第二半导体层3侧的开口径比基座11侧的开 口径大。并且，在第二半导体层3上形成有用作隔膜4的凹部12。第二半导体层3的蚀刻 深度通过时间管理控制在规定的微小量(5 50i!m左右)。此时，第二半导体层3与绝缘 层2的开口部2a的侧壁相比向外方侧面蚀刻5 ii m 50 ii m左右。在此，能够使用博斯法的蚀刻步骤等。即，使用含有硫原子和氟原子的气体(SF6) 进行干蚀刻。此时，在向第一半导体层1和第二半导体层3施加偏置电压的状态下，如果进 行干蚀刻，则离子朝向第二半导体层3加速。因此，离子的纵方向的速度变得比横方向的速 度高。等离子体中的离子的大部分在第一半导体层1和绝缘层2的开口部la、2a朝向第二 半导体层3。因而，离子对形成在第二半导体层3的表面的保护膜7的撞击频率变高，形成 在第二半导体层3的表面的保护膜7以某种偏高程度的蚀刻速率被渐渐蚀刻。另一方面，由于与上述同样的理由，离子对形成在第一半导体层1和绝缘层2的开 口部la、2a的侧壁的保护膜7的撞击频率相对变低，因此形成在第一半导体层1和绝缘层2 的侧壁的保护膜7的蚀刻速率降低。因此，考虑到向第一半导体层1和第二半导体层3施 加的气体流量和其他条件形成保护膜7，使得在第二半导体层3上蚀刻规定形状的凹部12， 并且第一半导体层1的开口部la的侧壁被蚀刻成规定角度e的倾斜面。此外，严格来说， 与第一半导体层1相比绝缘层2的蚀刻速率更低，在二次挖掘工序时绝缘层2比第一半导 体层1的开口部la的第二半导体层3侧的开口边缘更突出，因此将保护膜7形成为在二次 挖掘时第一半导体层1的第二半导体层3侧的开口边缘为R形状，不会成为应力集中部位。 另外，严格来说，由于绝缘层2与第一半导体层1相比蚀刻速率更低，所以在二次挖掘工序 后，绝缘层2会比第一半导体层1的第二半导体层3侧的开口边缘更突出。该突出部不会 使传感器的性能劣化，根据情况不同，能够利用氟酸等湿蚀刻处理予以除去。此外，如果第二半导体层3的表面的保护膜7被除去，第二半导体层3超出，则第 二半导体层3被渐渐各向同性地蚀刻。因而，第二半导体层3被侧面蚀刻。第二半导体层 3被侧面蚀刻除去而形成的侧端向形成在第一半导体层1和绝缘层2的开口部la、2a的外方超出。即，第二半导体层3的侧端的位置从第一半导体层1和绝缘层2的侧端偏移。用 于构成隔膜4的凹部12，比第一半导体层1和绝缘层2的开口部la、2a大。而且，如果用 药液等清洗晶片，除去形成于晶片的保护膜7，则成为图4(f)所示的结构。这样，对第一半 导体层1进行侧面蚀刻，将第一半导体层1的开口部la的侧壁形成规定角度e的倾斜面。 由此，能够扩大传感器芯片10向基座11接合的接合区域。此外，对第二半导体层3进行侧 面蚀刻，在第二半导体层3上形成比绝缘层2的蚀刻部分大的凹部12。由此，能够增大压敏 区域。进而，利用侧面蚀刻将第二半导体层3的侧端加工成R形状。由此，能够缓和应力集 中。这样，在第二半导体层3上形成隔膜4。第二半导体层3的蚀刻是5 50 y m左右 的微小量，不会因蚀刻而产生厚度偏差，因此能够形成均勻厚度的隔膜4。因此，能够提高测 定精度。此外，由于在隔膜4上不残留绝缘层2，所以能够提高边缘部6的强度。此外，在形成保护膜7的工序中使用博斯法的保护步骤，在二次挖掘工序中使用 博斯法的蚀刻步骤等。由此，由于能够在同一装置内连续进行处理，所以能够提高生产性。 此外，通过用博斯法进行一次挖掘，能够使用同一装置，因此能够进一步提高生产性。当然， 也可以使用其他的蚀刻方法对第一半导体层1和第二半导体层3进行蚀刻。而且，基座11与传感器芯片10的背面侧接合。在此，仅接合部13A被接合，非接 合部13不被接合。由此，成为图4(g)所示的结构。例如，利用阳极接合直接接合传感器芯 片10和基座11。这样压力传感器的制作结束。这样，由于利用各向同性的蚀刻进行二次挖掘，所以能够将第二半导体层3的凹 部12形成得比开口部la、2a大。由此，在增大了压敏区域的面积的情况下，也能够增大接 合部13A。特别是，由于第一半导体层1的开口部la的第二半导体层3侧的开口径比基座 11侧的开口径大，所以能够进一步增大接合部13A。由此，能够提高接合的信赖性。此外， 由于将压敏区域侧的第二半导体层3的侧端加工成R形状，所以能够缓和应力集中。能够 实现传感器芯片10的小型化并且能够得到高性能的传感器。另外，在上述说明中，以使用绝缘层2的例子进行了说明，但如果采用即使没有绝 缘层2 (阻挡层)也能够调整该一次挖掘的蚀刻速率和时间进而能够充分确保第二半导体 层3的厚度的制造方法，就不一定需要增加在本压力传感器中设置绝缘层的步骤。此外，在 上述说明中，隔膜形成为四边形状，但也可以形成多边形状、圆形状。
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权利要求
一种压力传感器，其特征在于，包括传感器芯片，其具备具有开口部的第一半导体层，和形成在所述第一半导体层上并具有成为隔膜的凹部的第二半导体层；和基座，其具有与所述开口部连通的压力导入孔，并与所述传感器芯片接合，所述第二半导体层的凹部比所述第一半导体层的开口部大，所述第一半导体层的开口部的所述第二半导体层侧的开口口径比所述基座侧的开口口径大。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间形成有具有开口部的绝缘层。
3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于在所述传感器芯片与所述基座间的接合部的周边形成有非接合部，利用该非接合部在 所述传感器芯片和所述基座之间设置出间隙。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力传感器，其特征在于所述第二半导体层的凹部的开口边缘与所述第一半导体层中的所述第二半导体层侧 的开口部的侧壁相比向外方超出5 y m以上50 y m以下的尺寸。
5.一种压力传感器的制造方法，其中压力传感器具有由第一半导体层和第二半导体层 构成的传感器芯片，第二半导体层形成压敏区域的隔膜，该压力传感器的制造方法的特征 在于，包括下述工序对所述第一半导体层进行各向异性蚀刻，在与所述压敏区域相对应的部分形成开口部 的工序；在所述第一半导体层的开口部的侧壁形成保护膜的工序，其中该保护膜具有所述第二 半导体层侧的膜厚变薄的厚度分布；在形成所述保护膜后，对所述第一半导体层的开口部的侧壁进行蚀刻，使第一半导体 层的靠近所述第二半导体层侧的开口口径比相对侧的开口径大，然后对成为所述压敏区域 的所述第二半导体层进行蚀刻以形成所述隔膜，从而在所述第二半导体层上形成比所述第 一半导体层的开口部更大的凹部的工序；和使基座与所述传感器芯片接合的工序。
6.根据权利要求5所述的压力传感器的制造方法，其特征在于在对所述第一半导体层进行各向异性蚀刻而形成开口部的工序后，还具备对设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的绝缘层进行蚀刻而形 成开口部的工序，在所述第一半导体层上形成开口部的工序中，将设置在所述第一半导体层和所述第二 半导体层之间的绝缘层作为蚀刻阻挡层，进行所述各向异性蚀刻。
7.根据权利要求5或6所述的压力传感器的制造方法，其特征在于在使基座与所述传感器芯片接合的工序中，在所述传感器芯片和所述基座间的接合部 的周边形成非接合部，利用该非接合部在所述传感器芯片和所述基座之间设置出间隙。
全文摘要
本发明提供一种小型且高性能的压力传感器及其制造方法。本发明的压力传感器(30)包括传感器芯片(10)，其具备具有开口部(1a)的第一半导体层(1)，和设置在第一半导体层(1)上且具有成为隔膜(4)的凹部(12)的第二半导体层(3)；和基座(11)，其具有与开口部(1a)连通的压力导入孔(17)并与传感器芯片(10)接合。第二半导体层(3)的凹部(12)比第一半导体层(1)的开口部(1a)大。第一半导体层(1)的开口部(1a)的第二半导体层(3)侧的开口口径比基座(11)侧的开口口径大。
文档编号G01L1/22GK101876575SQ201010169200
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者东条博史, 德田智久 申请人:株式会社山武
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