半導体圧力センサおよび半導体圧力センサの製造方法
【課題】製造コストを抑制することができ、かつ圧力測定精度を向上することができる半導体圧力センサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体圧力センサは、主表面１ａに凹部３およびアライメントマーク４を有する第１の基板１と、第１の基板１の主表面１ａ上に形成されており、第１の基板１の凹部３内の空間ＩＳ上を覆うように設けられたダイヤフラム５およびダイヤフラム５上に設けられたゲージ抵抗６を有する第２の基板２とを備えている。アライメントマーク４は第２の基板２から露出するように設けられている。
【解決手段】半導体圧力センサは、主表面１ａに凹部３およびアライメントマーク４を有する第１の基板１と、第１の基板１の主表面１ａ上に形成されており、第１の基板１の凹部３内の空間ＩＳ上を覆うように設けられたダイヤフラム５およびダイヤフラム５上に設けられたゲージ抵抗６を有する第２の基板２とを備えている。アライメントマーク４は第２の基板２から露出するように設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体圧力センサおよび半導体圧力センサの製造方法に関し、特に、ゲージ抵抗を有する半導体圧力センサおよび半導体圧力センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、平板状のシリコン基板と凹部が形成されたシリコン基板とを貼り合わせることによって形成されたダイヤフラムおよび基準圧力室を備えた半導体圧力センサが提案されている。
【０００３】
たとえば、特開２０００−１２４４６６号公報（特許文献１）には、ダイヤフラムおよび基準圧力室を備えた半導体圧力センサが提案されている。この公報に記載された半導体圧力センサでは、平板状の第１のシリコン基板と凹部が形成された第２のシリコン基板とが、第１のシリコン基板の表面に形成された酸化膜を介して貼り合わされる。第１のシリコン基板によって凹部が封止されることによって基準圧力室が形成される。次に、第２のシリコン基板が研削されることによって第２のシリコン基板の凹部を覆う部分にダイヤフラムが形成される。この後、ダイヤフラムの所定の位置にゲージ抵抗が形成される。
【０００４】
上記公報に記載された半導体圧力センサの一の製造方法では、第１のシリコン基板に貼り合わせられる第２のシリコン基板の第１の面に凹部と同時にアライメントマーク（第１のアライメントマーク）が形成される。第１のアライメントマークに対してＩＲ（赤外線）アライナで位置合わせが行われて第２のシリコン基板の第１の面と反対側の第２の面にアライメントマーク用凹部（第２のアライメントマーク）が形成される。この第２のアライメントマークに対してステッパで位置合わせが行われてダイヤフラムの所定の位置にゲージ抵抗が形成される。
【０００５】
また、上記公報に記載された他の製造方法では、第１のアライメントマークが第２のシリコン基板を貫通するように形成される。第１のアライメントマークに対してステッパで位置合わせが行われて第２のシリコン基板の第２の面に第２のアライメントマークが形成される。その後、上述の一の製造方法と同様にゲージ抵抗が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２４４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記公報に記載された半導体圧力センサの一の製造方法では、凹部は第１および第２ののシリコン基板によって遮蔽されているため凹部を視認することはできない。このため、凹部を覆うダイヤフラムの正確な位置も視認することはできない。そこで、アライメントマークを用いてダイヤフラムの所定の位置にゲージ抵抗が形成される。第１のアライメントマークは視認することができないので第１のアライメントマークを認識するためにＩＲアライナが用いられる。ＩＲアライナとしてＩＲアライメント機能を有するステッパが用いられる。しかしながら、ＩＲアライメント機能を有するステッパは非常に稀である。たとえＩＲアライメント機能を有するステッパを使用できる環境にあったとしても、一般的にはＩＲアライメント機能の使用頻度が非常に低いために、設備投資効率が悪く、工程単価が高くなってしまうという課題がある。これにより、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
また、ダイヤフラムの厚さを所望の厚さに合わせ込むためには、ダイヤフラムあるいは第２シリコン基板の膜厚を光干渉測定法などによって測定しながら、第２のシリコン基板を研削する必要がある。しかしながら、第２のシリコン基板の研削量にはばらつきがある。また第２の基板には多数の凹部が形成されるが、それぞれの凹部の深さにもばらつきがある。このため、ダイヤフラムの厚さに相当なばらつきがある。したがって、歩留まりよくダイヤフラムの厚さを所望どおりに仕上げることが難しいという別の課題もある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【０００９】
また、上記公報に記載された半導体圧力センサの他の製造方法では、凹部およびダイヤフラムを含む第２のシリコン基板を貫通するような第１のアライメントマークが形成される。第２のシリコン基板は少なくとも１０μｍ以上の厚みを有している。したがって、第１のアライメントマークを形成するためには貼り合わせ界面である第１の面から第２のシリコン基板を少なくとも１０μｍ以上エッチングする必要があるため、時間、コストを要するという課題がある。これにより、製造コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
また、第１のアライメントマークは第２のシリコン基板の第１の面からシリコン基板を貫通するように深くエッチングする必要があるため、第２のシリコン基板の第２の面でのアライメントマークのパターン精度を確保することが難しい。このため、アライメント精度が低下するという別の課題もある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【００１１】
また、上記公報に記載された半導体装置の一および他の製造方法とも、第１のアライメントマークに基づいて位置合わせされた第２のアライメントマークを基準にゲージ抵抗が形成される。そのため、第２のアライメントマーク介さずに第１のアライメントマークに基づいてゲージ抵抗が形成される場合と比べてゲージ抵抗の位置合わせ精度が低下するという課題がある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【００１２】
ところで、シリコン基板をエッチングして凹部などを形成する方法としては、大別してドライエッチングとウェットエッチングとがある。いずれの方法もエッチング時あるいはエッチング後の洗浄時などに微量の金属元素などでシリコン基板が汚染されることがある。半導体圧力センサではイオン注入などによってシリコン基板中に不純物を導入することによってゲージ抵抗が形成される。上述の金属汚染はゲージ抵抗の特性ばらつきおよび信頼性低下に繋がるおそれがある。
【００１３】
つまり、仮に凹部形成工程において上述の金属元素が意図せずにシリコン基板中に導入されてしまった場合、シリコン基板が後の熱処理工程において１０００℃以上の高温で処理された際に、金属元素はシリコン基板中を移動する。したがって、上記公報に記載された半導体圧力センサのようにゲージ抵抗が形成される第２のシリコン基板に凹部が形成される構成では、第２のシリコン基板と第１のシリコン基板との貼り合わせ後に実施される熱処理工程において、上述の金属元素の移動が起こるため、ゲージ抵抗の内部にまで金属元素が侵入してしまう。これにより、ゲージ抵抗の特性がばらついたり、信頼性が低下したりするという課題がある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【００１４】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストを抑制することができ、かつ圧力測定精度を向上することができる半導体圧力センサおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体圧力センサは、主表面に凹部およびアライメントマークを有する第１の基板と、第１の基板の主表面上に形成されており、第１の基板の凹部内の空間上を覆うように設けられたダイヤフラムおよびダイヤフラム上に設けられたゲージ抵抗を有する第２の基板とを備えている。アライメントマークは第２の基板から露出するように設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体圧力センサによれば、第１の基板が凹部およびアライメントマークを有し、第２の基板がゲージ抵抗を有している。つまり、凹部およびアライメントマークを有する第１の基板とは別の第２の基板がゲージ抵抗を有している。したがって、凹部およびアライメントマークが形成される際の第１の基板での金属汚染が第２の基板のゲージ抵抗に広がることを抑制できる。このため、ゲージ抵抗の特性ばらつきおよび信頼性の低下を防止することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００１７】
また、第１の基板が凹部を有し、第２の基板がダイヤフラムを有するため、凹部の深さのばらつきに影響されることなく第２の基板を研削してダイヤフラムを設けることができる。そのため、ダイヤフラムの厚さの精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００１８】
また、アライメントマークが第２の基板から露出しているため、アライメントマークを視認することができる。したがって、ＩＲアライナが不要となる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００１９】
また、第１の基板は主表面にアライメントマークを有するため、アライメントのパターン精度を確保することができるのでアライメント精度が低下しない。そのため、ゲージ抵抗の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００２０】
また、第１の基板は主表面にアライメントマークを有するため、第２の基板を貫通するようにアライメントマークを形成する場合と比較して、アライメントマークの形成に要するコストおよび時間を抑制することができる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００２１】
また、第１の基板は主表面にアライメントマークを有するため、アライメントマークをゲージ抵抗の位置合わせ基準に用いることでゲージ抵抗の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における第１の基板がウエハ状態の半導体圧力センサの概略平面図である。
【図３】図２のＰ１部を示す半導体圧力センサの拡大図である。
【図４】図２のＰ２部を示す半導体圧力センサの概略断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第７工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第８工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における比較例１の半導体圧力センサの概略断面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態における比較例２の半導体圧力センサの概略断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態における比較例３の半導体圧力センサの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
最初に、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの構成について説明する。
【００２４】
図１を参照して、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサは、第１の基板１と、第２の基板２と、酸化膜７と、金属配線８とを主に有している。第１の基板１に第２の基板２が接合されている。第１の基板１および第２の基板２は、たとえばシリコン基板である。
【００２５】
第１の基板１は基板本体１１と酸化膜１２とを有している。酸化膜１２は基板本体１１の周囲に形成されている。つまり、第１の基板１の表面に酸化膜１２が形成されている。第１の基板１は主表面１ａに凹部３およびアライメントマーク４を有している。凹部３は主表面１ａの中央部に配置されている。アライメントマーク４は第２の基板２から露出するように設けられている。アライメントマーク４は主表面１ａの両端部に配置されている。なお、アライメントマーク４は主表面１ａの両端部のうちどちらか一方の端部に配置されていればよい。
【００２６】
第２の基板２は第１の基板１の主表面１ａ上に形成されている。第２の基板２はダイヤフラム５を有している。ダイヤフラム５は第１の基板１の凹部３内の空間ＩＳ上を覆うように設けられている。第２の基板２の凹部３内の空間ＩＳ上を覆う部分がダイヤフラム５を構成している。ダイヤフラム５と凹部３とが基準圧力室を構成している。なお、第２の基板２には凹部およびアライメントマークは形成されていない。
【００２７】
第２の基板２はゲージ抵抗６を有している。ゲージ抵抗６はダイヤフラム５上に設けられている。ゲージ抵抗６は、第１の基板１と第２の基板２とが重なる方向から見て凹部３の外縁３ａと重なる位置に配置されている。ゲージ抵抗６は第２の基板２の歪みを検出可能に形成されている。ゲージ抵抗６が第２の基板２の歪みを検出することで圧力を検出するように半導体圧力センサは構成されている。たとえば第２の基板２がｎ型シリコン基板の場合には、ゲージ抵抗６として、ｎ型シリコン基板に形成されたｐｎダイオードのｐ層が用いられる。
【００２８】
第２の基板２上に酸化膜７が形成されている。酸化膜７にはゲージ抵抗６の一部を露出するようにゲージ抵抗用コンタクトホールが形成されている。酸化膜７上にゲージ抵抗用コンタクトホールを充填するように金属配線８が形成されている。金属配線８はゲージ抵抗６と接するように形成されている。金属配線８はゲージ抵抗６と電気的に接続されている。金属配線８は、ダイヤフラム５の変形によるゲージ抵抗６の抵抗変化を電気信号として外部に取り出し可能に構成されている。
【００２９】
続いて、第１の基板がウエハ状態の半導体圧力センサについて説明する。
図２および図３を参照して、ウエハ状態の第１の基板１には多数の半導体センサが形成されている。図２中Ｐ１部で示される半導体圧力センサが切り出されて図３に示される半導体圧力センサが形成されている。図３で示される半導体圧力センサが図１で示される半導体圧力センサに対応する。ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられている。アライメントマーク４は、たとえば互いに９０度ずつ離れた位置に４個設けられている。図４を参照して、図２中Ｐ２部で示される半導体圧力センサは第１の基板１の外周縁部１ｂに設けられた１個のアライメントマーク４を有している。
【００３０】
また、アライメントマーク４は、ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂのみに設けられていてもよい。一般に２枚のシリコン基板を貼り合わせて製造されるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板においては、シリコン基板の外周縁部は貼り合わせの信頼性が低くなる。このため、薄く研削された側のシリコン基板の外周縁部が除去される。外周縁部１ｂはテラス部を構成している。テラス部の幅は１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度である。
【００３１】
一般にシリコン基板の外周端から５ｍｍ程度の領域は半導体ウエハプロセスにおいても有効な電気回路を形成することができないため使用されていない。つまり、シリコン基板の外周端から５ｍｍ程度の領域は有効チップが配置される有効領域を構成しない。有効領域ではないテラス部のみにアライメントマークを形成することによって有効チップ数を最大限に多く確保することができる。したがって、アライメントマーク４がウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂのみに設けられていることによって、アライメントマーク４が第１の基板１の主表面１ａの全面に一定間隔で配置する場合に比べて有効チップ数を多く確保することができる。
【００３２】
次に、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法について説明する。以下、説明の便宜のために１個の半導体圧力センサを例として説明するが、ウエハ上に多数の半導体圧力センサが同時に製造される。
【００３３】
図５を参照して、主表面１ａに凹部３およびアライメントマーク４が形成された第１の基板１が準備される。まず、第１の基板１の主表面１ａにアライメントマーク４が形成される。アライメントマーク４はウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂ（図１）に形成されてもよい。外周縁部１ｂの幅はウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂの外周端から５ｍｍ以下であってもよい。アライメントマーク４は、後でゲージ抵抗６などを形成する際の位置合わせに用いられる。アライメントマーク４の形状としては、ステッパを使用できるようにステッパで定められた形状にする。形成方法としては、好ましくはプラズマエッチング装置などを用いて、第１の基板１をエッチングすることで形成される。アライメントマーク４はステッパにて視認できればよいので、深くエッチングする必要はなく、１μｍ程度の深さがあれば十分である。
【００３４】
アライメントマーク４を基準にステッパ等で位置合わせが行われて主表面１ａ上に凹部３が形成される。この凹部３は後に圧力センサとしての基準圧力室となるので、その深さは５〜１００μｍ程度が望ましく、この範囲内で比較的任意に設定できる。凹部３の深さが浅いほど加工負荷が小さくなるが、基準圧力室の容積が小さくなるため微小なリークによる圧力変動、すなわち出力変動が増大する。凹部３の深さはこのトレードオフの関係を考慮して選定される。この凹部３の形成には、アライメントマーク４と同じくプラズマエッチング装置を用いることもできるが、深さが５μｍ以上とやや深いため、ボッシュプロセスによるディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いても良い。あるいはプラズマエッチング装置およびディープＲＩＥ装置などを用いたドライエッチングではなく、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）などのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングを用いることもできる。
【００３５】
また、凹部３およびアライメントマーク４は同時に形成されてもよい。凹部３およびアライメントマーク４が同時に形成される場合には、凹部３およびアライメントマーク４を同じフォトマスクを用いて同時に写真製版することができるため凹部３のアライメント精度（位置精度）を非常に高くすることができる。
【００３６】
その後、第１の基板１の表面に酸化膜１２が形成される。凹部３およびアライメントマーク４が形成された後、第１の基板１が熱酸化されて、ウエハ表面全体に酸化膜１２が形成される。酸化膜１２の厚さは０．２〜１μｍ程度が好適である。
【００３７】
続いて、図６〜図１０を参照して、凹部３内の空間ＩＳ上を覆うダイヤフラム５を有し、かつアライメントマーク４を露出するように第１の基板１の主表面１ａ上に第２の基板２が形成される。図６を参照して、まず、凹部３を封止するように第１の基板１の主表面１ａに第２の基板２が貼り合わせられる。第１の基板１と第２の基板２とが重ね合わせられ、真空排気され、かつ約１１００℃の環境下に置いて熱酸化されることによって互いに接合される。これにより、基準圧力室が気密封止される。
【００３８】
凹部３およびアライメントマーク４が形成される際に意図せずに金属元素が第１の基板１に導入されていた場合に、第１の基板１と第２の基板２の接合時に高温下で金属元素が移動したとしても、金属元素が酸化膜１２内にトラップされて第１の基板１内に留まり、第２の基板２内に侵入しない。
【００３９】
図７を参照して、その後、第２の基板２の外周縁部１ｂがグラインダなどで研削される。第２の基板２は厚みの全ては研削されず、若干量厚みを残すように研削される。これにより第２の基板２が研削されてさらに第１の基板１まで研削されることによってアライメントマーク４が消失してしまうことを防止できる。
【００４０】
図８を参照して、第２の基板２の外周縁部１ｂが研削された後に、外周縁部１ｂに残った第２の基板２がエッチングによって完全に除去される。このエッチングではシリコンのみをエッチングし、酸化膜をエッチングしないＴＭＡＨなどのアルカリエッチング液を用いることが好ましい。これにより、アライメントマーク４は酸化膜１２によって被覆されているのでエッチングされることがない。本工程により、テラス部である外周縁部１ｂが完成し、アライメントマーク４が露出して視認できる状態となる。
【００４１】
図９を参照して、その後、第２の基板２がグラインダなどで研削されて薄肉化される。更に表面を鏡面状態に仕上げるため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによる研磨が行われる。これにより、ダイヤフラム５が完成する。ダイヤフラム５のサイズおよび厚さは測定する圧力に依存するが、たとえば、１〜５気圧の圧力を測定するのであれば、サイズ１００から５００μｍ、厚さ５〜２０μｍに設定することができる。
【００４２】
また、上記では、テラス部である外周縁部１ｂが形成された後に第２の基板２が所望の厚さにまで研削されてダイヤフラム５が形成されたが、第２の基板２が所望の厚さにまで研削されてダイヤフラム５が形成された後にテラス部である外周縁部１ｂが形成されてもよい。
【００４３】
図１０を参照して、その後、露出したアライメントマーク４を用いてダイヤフラム５上にゲージ抵抗６が形成される。ステッパを用いて露出したアライメントマーク４に対して位置合わせすることでダイヤフラム５の所定の位置にゲージ抵抗６が形成される。その後、第２の基板２上に酸化膜７が形成される。
【００４４】
図１１を参照して、その後、ステッパを用いて露出したアライメントマーク４に対して位置合わせすることで酸化膜７の所定の位置にゲージ抵抗用コンタクトホールが形成される。続いて、露出したアライメントマーク４を用いてゲージ抵抗６に電気的に接続される金属配線８が形成される。ステッパを用いて露出したアライメントマーク４を基準にして位置合わせを行って金属配線８がゲージ抵抗用コンタクトホールを充填するように所定の位置に形成される。
【００４５】
図１２を参照して、その後、第１の基板１の主表面１ａとは反対側の裏面側が研削されて、不要な酸化膜が除去される。これにより、圧力センサウェハが完成する。さらに第１の基板１の側面の不要な酸化膜が除去されることで図１に示される半導体圧力センサが製造される。
【００４６】
本発明の一実施の形態では、上述のように、アライメントマーク４に対していずれもステッパを用いて凹部３、ゲージ抵抗６を形成することができるので、凹部３を覆うように設けられたダイヤフラム５の所定の位置に高精度にゲージ抵抗６を形成することができる。
【００４７】
次に、本発明の一実施の形態の作用効果について比較例と比較して説明する。
図１３を参照して、本発明の一実施の形態における比較例１の半導体圧力センサでは、第２の基板２の第１の面２ａに第１のアライメントマーク４ａが形成されている。第１のアライメントマーク４ａは第２の基板２の第１の面２ａに形成されているため第２の面２ｂ側から視認できない。そのため、第１のアライメントマーク４ａを認識するためにＩＲアライナが用いられる。したがって、ＩＲアライナを用いるために製造コストが高くなる。
【００４８】
図１４を参照して、本発明の一実施の形態における比較例２の半導体圧力センサでは、第１のアライメントマーク４ａが第２の基板２を貫通するように形成されている。第２の基板２には凹部３およびダイヤフラム５が形成されているため、比較例１のように第２の基板２の表面に設けられた第１のアライメントマーク４ａの厚みより大きい厚みを第２の基板２は有している。したがって、比較例１の半導体圧力センサように第２の基板２の表面に第１のアライメントマーク４ａを形成する場合に比べて、比較例２の半導体圧力センサでは第１のアライメントマーク４ａを形成するために時間、コストが多く必要となるため、製造コストが高くなる。
【００４９】
また、第１のアライメントマーク４ａが第２の基板２を第１の面２ａから第２の面２ｂに向かって貫通するように形成されているため、第２の基板２を深くエッチングする必要がある。このエッチングの際、第１の面２ａから第２の面２ｂに向かって先が細くなるように第２の基板２に貫通孔が形成される。この貫通孔に第１のアライメントマーク４ａが形成されるため、第１のアライメントマーク４ａの形状は第１の面２ａに比べて第２の面２ｂでは劣化する。そのため、アライメント精度が低下する。これにより、圧力測定精度が低下する。
【００５０】
また、比較例１および２とも、第２の基板２の研削量のばらつきおよび凹部３の深さのばらつきによって、ダイヤフラム５の厚さに相当なばらつきがある。したがって、歩留まりよくダイヤフラム５の厚さを所望どおりに仕上げることが難しい。これにより、圧力測定精度が低下する。
【００５１】
また、比較例１および２とも、第２の基板２に凹部３およびゲージ抵抗６が形成されているため、第２の基板２に凹部３が形成される際の金属汚染によってゲージ抵抗６の特性がばらついたり、信頼性が低下したりする。
【００５２】
図１５を参照して、本発明の一実施の形態における比較例３の半導体圧力センサでは、第１の基板１の貼り合わせ界面とはならない面１ｄに第１のアライメントマーク４ａが形成されている。この第１のアライメントマーク４ａに対して両面アライナを用いて主表面１ａに凹部３が形成される。次に、第１の基板１と第２の基板２とが凹部３を封止するように貼り合わせられる。その後、第２の基板２が研削されることによってダイヤフラム５が形成される。そして、第１のアライメントマーク４ａに対して両面アライナを用いて第２の基板２の第２の面２ｂに第２のアライメントマーク４ｂが形成される。この第２のアライメントマーク４ｂを基準にゲージ抵抗６が形成される。
【００５３】
比較例３の半導体圧力センサの製造方法では、比較例１のようにＩＲアライナは不要であり、比較例２のように第２の基板２を貫通するような第１のアライメントマーク４ａも不要である。しかしながら、ステッパに比べて位置合わせ精度の低い両面アライナが２回使用されている。したがって、ゲージ抵抗６の位置合わせ精度は、そもそも位置合わせ精度が低い両面アライナの位置合わせを２回繰り返した精度しか得られない。これにより、圧力測定精度が低下する。
【００５４】
また、比較例１〜３のいずれにおいても、第１のアライメントマーク４ａに基づいて位置合わせされた第２のアライメントマーク４ｂを基準にゲージ抵抗６は形成される。したがって、第２のアライメントマーク４ｂを介さずに第１のアライメントマーク４ａに基づいてゲージ抵抗６が形成される場合と比べてゲージ抵抗６の位置精度が低下する。
【００５５】
本発明の一実施の形態の半導体圧力センサによれば、第１の基板１が凹部３およびアライメントマーク４を有し、第２の基板２がゲージ抵抗６を有している。つまり、凹部３およびアライメントマーク４を有する第１の基板１とは別の第２の基板２がゲージ抵抗６を有している。したがって、凹部３およびアライメントマーク４が形成される際の第１の基板１での金属汚染が第２の基板２のゲージ抵抗６に広がることを抑制できる。このため、ゲージ抵抗６の特性ばらつきおよび信頼性の低下を防止することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００５６】
また、第１の基板１が凹部３を有し、第２の基板２がダイヤフラム５を有するため、凹部３の深さのばらつきに影響されることなく第２の基板２を研削してダイヤフラム５を設けることができる。そのため、ダイヤフラム５の厚さの精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００５７】
また、アライメントマーク４が第２の基板２から露出しているため、アライメントマーク４を視認することができる。したがって、ＩＲアライナが不要となる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００５８】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４を有するため、アライメントマーク４のパターン精度を確保することができるのでアライメント精度が低下しない。そのため、ゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００５９】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４を有するため、第２の基板２を貫通するようにアライメントマーク４を形成する場合と比較して、アライメントマーク４の形成に要するコストおよび時間を抑制することができる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００６０】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４を有するため、アライメントマーク４をゲージ抵抗６の位置合わせ基準に用いることでゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。特に、ダイヤフラム５に対するゲージ抵抗６の位置精度を向上させることによって、圧力ゼロ時のセンサ出力（いわゆるオフセット出力）のばらつきを小さくすることができる。
【００６１】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサによれば、ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられている。そのため、有効領域でない外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられることで、有効チップ数を多く確保することができる。
【００６２】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサによれば、第１の基板１と第２の基板２とが重なる方向から見て凹部３の外縁３ａと重なる位置にゲージ抵抗６が配置されている。そのため、応力が大きくなる領域にゲージ抵抗６が配置されることで、ゲージ抵抗６の抵抗変化を大きくすることができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６３】
本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、第１の基板１に凹部３およびアライメントマーク４が形成されており、第２の基板２にゲージ抵抗６が形成されるため、凹部３およびアライメントマーク４が形成される際の金属汚染によるゲージ抵抗６の特性ばらつきおよび信頼性の低下を防止することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６４】
また、第１の基板１に凹部３が形成されており、第２の基板２にダイヤフラム５が形成されるため、凹部３の深さのばらつきに影響されることなく第２の基板２を研削してダイヤフラム５を形成することができる。そのため、ダイヤフラム５の厚さの精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６５】
また、アライメントマーク４を露出するように第２の基板２が設けられているため、アライメントマーク４を視認することができる。したがって、ＩＲアライナが不要となる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００６６】
また、第１の基板１の主表面１ａにアライメントマーク４が形成されているため、アライメントのパターン精度を確保することができるのでアライメント精度が低下しない。そのため、ゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６７】
また、第１の基板１の主表面１ａにアライメントマーク４が形成されているため、第２の基板２を貫通するようにアライメントマーク４が形成されている場合と比較して、アライメントマーク４の形成に要するコストおよび時間を抑制することができる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００６８】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４が形成されているため、アライメントマーク４をゲージ抵抗６の位置合わせ基準に用いることでゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。特に、ダイヤフラム５に対するゲージ抵抗６の位置精度を向上させることによって、圧力ゼロ時のセンサ出力（いわゆるオフセット出力）のばらつきを小さくすることができる。
【００６９】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、露出したアライメントマークを用いてゲージ抵抗に電気的に接続される金属配線を形成する工程をさらに備えている。これにより、金属配線の位置合わせ精度を向上することができる。金属配線の位置合わせ精度を向上することによって金属配線の位置ずれによる圧力測定誤差を抑制することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００７０】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、アライメントマーク４は、ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂに形成される。有効領域でない外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられることで、有効チップ数を多く確保することができる。
【００７１】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、外周縁部１ｂの幅がウエハ状態の第１の基板１の外周端１ｃから５ｍｍ以下である。これにより、ステッパによるアライメントマーク４の認識性と有効チップ領域の最大化とを両立できるという効果が得られる。これは次の理由による。まず、アライメントマーク４のステッパによる視認性は、アライメントマーク４を第１の基板１の内周側へ配置するほど問題なく認識できるようになる。一方で、アライメントマークを露出させるためにはその上にある第２の基板２を除去することになるので、アライメントマーク４を第１の基板１の内周側へ配置するほど、有効チップ領域は減少する。その上、第２の基板２を除去した部分が急峻かつ大きな段差となるために、後に形成するゲージ抵抗６、酸化膜７、金属配線８などのカバレッジ形状が低下したり、剥離したりするという問題を惹起してしまうおそれがある。発明者らは鋭意実験した結果、アライメントマーク４が所謂テラス部に配置され、外周縁部１ｂの幅の寸法が第１の基板１の外周端から５ｍｍ以内の範囲であれば、ステッパによるアライメントマーク４の認識性と有効チップ領域の最大化とを両立できることを見出した。
【００７２】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、第２の基板２を研削した後に、第２の基板２をエッチングすることによってアライメントマーク４が露出される。これにより、第２の基板２が研削されて、さらに第１の基板１まで研削されることによってアライメントマーク４が消失してしまうことを防止することができる。また、処理時間の長いエッチングだけでなく、砥石を用いたグラインダなどで切削することで処理時間を短縮することによって製造効率を向上することができる。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１ 第１の基板、１ａ 主表面、１ｂ 外周縁部、１ｃ 外周端、２ 第２の基板、３ 凹部、３ａ 外縁、４ アライメントマーク、５ ダイヤフラム、６ ゲージ抵抗、７ 酸化膜、８ 金属配線、１１ 基板本体、１２ 酸化膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体圧力センサおよび半導体圧力センサの製造方法に関し、特に、ゲージ抵抗を有する半導体圧力センサおよび半導体圧力センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、平板状のシリコン基板と凹部が形成されたシリコン基板とを貼り合わせることによって形成されたダイヤフラムおよび基準圧力室を備えた半導体圧力センサが提案されている。
【０００３】
たとえば、特開２０００−１２４４６６号公報（特許文献１）には、ダイヤフラムおよび基準圧力室を備えた半導体圧力センサが提案されている。この公報に記載された半導体圧力センサでは、平板状の第１のシリコン基板と凹部が形成された第２のシリコン基板とが、第１のシリコン基板の表面に形成された酸化膜を介して貼り合わされる。第１のシリコン基板によって凹部が封止されることによって基準圧力室が形成される。次に、第２のシリコン基板が研削されることによって第２のシリコン基板の凹部を覆う部分にダイヤフラムが形成される。この後、ダイヤフラムの所定の位置にゲージ抵抗が形成される。
【０００４】
上記公報に記載された半導体圧力センサの一の製造方法では、第１のシリコン基板に貼り合わせられる第２のシリコン基板の第１の面に凹部と同時にアライメントマーク（第１のアライメントマーク）が形成される。第１のアライメントマークに対してＩＲ（赤外線）アライナで位置合わせが行われて第２のシリコン基板の第１の面と反対側の第２の面にアライメントマーク用凹部（第２のアライメントマーク）が形成される。この第２のアライメントマークに対してステッパで位置合わせが行われてダイヤフラムの所定の位置にゲージ抵抗が形成される。
【０００５】
また、上記公報に記載された他の製造方法では、第１のアライメントマークが第２のシリコン基板を貫通するように形成される。第１のアライメントマークに対してステッパで位置合わせが行われて第２のシリコン基板の第２の面に第２のアライメントマークが形成される。その後、上述の一の製造方法と同様にゲージ抵抗が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２４４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記公報に記載された半導体圧力センサの一の製造方法では、凹部は第１および第２ののシリコン基板によって遮蔽されているため凹部を視認することはできない。このため、凹部を覆うダイヤフラムの正確な位置も視認することはできない。そこで、アライメントマークを用いてダイヤフラムの所定の位置にゲージ抵抗が形成される。第１のアライメントマークは視認することができないので第１のアライメントマークを認識するためにＩＲアライナが用いられる。ＩＲアライナとしてＩＲアライメント機能を有するステッパが用いられる。しかしながら、ＩＲアライメント機能を有するステッパは非常に稀である。たとえＩＲアライメント機能を有するステッパを使用できる環境にあったとしても、一般的にはＩＲアライメント機能の使用頻度が非常に低いために、設備投資効率が悪く、工程単価が高くなってしまうという課題がある。これにより、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
また、ダイヤフラムの厚さを所望の厚さに合わせ込むためには、ダイヤフラムあるいは第２シリコン基板の膜厚を光干渉測定法などによって測定しながら、第２のシリコン基板を研削する必要がある。しかしながら、第２のシリコン基板の研削量にはばらつきがある。また第２の基板には多数の凹部が形成されるが、それぞれの凹部の深さにもばらつきがある。このため、ダイヤフラムの厚さに相当なばらつきがある。したがって、歩留まりよくダイヤフラムの厚さを所望どおりに仕上げることが難しいという別の課題もある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【０００９】
また、上記公報に記載された半導体圧力センサの他の製造方法では、凹部およびダイヤフラムを含む第２のシリコン基板を貫通するような第１のアライメントマークが形成される。第２のシリコン基板は少なくとも１０μｍ以上の厚みを有している。したがって、第１のアライメントマークを形成するためには貼り合わせ界面である第１の面から第２のシリコン基板を少なくとも１０μｍ以上エッチングする必要があるため、時間、コストを要するという課題がある。これにより、製造コストが高くなるという問題がある。
【００１０】
また、第１のアライメントマークは第２のシリコン基板の第１の面からシリコン基板を貫通するように深くエッチングする必要があるため、第２のシリコン基板の第２の面でのアライメントマークのパターン精度を確保することが難しい。このため、アライメント精度が低下するという別の課題もある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【００１１】
また、上記公報に記載された半導体装置の一および他の製造方法とも、第１のアライメントマークに基づいて位置合わせされた第２のアライメントマークを基準にゲージ抵抗が形成される。そのため、第２のアライメントマーク介さずに第１のアライメントマークに基づいてゲージ抵抗が形成される場合と比べてゲージ抵抗の位置合わせ精度が低下するという課題がある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【００１２】
ところで、シリコン基板をエッチングして凹部などを形成する方法としては、大別してドライエッチングとウェットエッチングとがある。いずれの方法もエッチング時あるいはエッチング後の洗浄時などに微量の金属元素などでシリコン基板が汚染されることがある。半導体圧力センサではイオン注入などによってシリコン基板中に不純物を導入することによってゲージ抵抗が形成される。上述の金属汚染はゲージ抵抗の特性ばらつきおよび信頼性低下に繋がるおそれがある。
【００１３】
つまり、仮に凹部形成工程において上述の金属元素が意図せずにシリコン基板中に導入されてしまった場合、シリコン基板が後の熱処理工程において１０００℃以上の高温で処理された際に、金属元素はシリコン基板中を移動する。したがって、上記公報に記載された半導体圧力センサのようにゲージ抵抗が形成される第２のシリコン基板に凹部が形成される構成では、第２のシリコン基板と第１のシリコン基板との貼り合わせ後に実施される熱処理工程において、上述の金属元素の移動が起こるため、ゲージ抵抗の内部にまで金属元素が侵入してしまう。これにより、ゲージ抵抗の特性がばらついたり、信頼性が低下したりするという課題がある。これにより、圧力測定精度が低下するという問題がある。
【００１４】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストを抑制することができ、かつ圧力測定精度を向上することができる半導体圧力センサおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体圧力センサは、主表面に凹部およびアライメントマークを有する第１の基板と、第１の基板の主表面上に形成されており、第１の基板の凹部内の空間上を覆うように設けられたダイヤフラムおよびダイヤフラム上に設けられたゲージ抵抗を有する第２の基板とを備えている。アライメントマークは第２の基板から露出するように設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体圧力センサによれば、第１の基板が凹部およびアライメントマークを有し、第２の基板がゲージ抵抗を有している。つまり、凹部およびアライメントマークを有する第１の基板とは別の第２の基板がゲージ抵抗を有している。したがって、凹部およびアライメントマークが形成される際の第１の基板での金属汚染が第２の基板のゲージ抵抗に広がることを抑制できる。このため、ゲージ抵抗の特性ばらつきおよび信頼性の低下を防止することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００１７】
また、第１の基板が凹部を有し、第２の基板がダイヤフラムを有するため、凹部の深さのばらつきに影響されることなく第２の基板を研削してダイヤフラムを設けることができる。そのため、ダイヤフラムの厚さの精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００１８】
また、アライメントマークが第２の基板から露出しているため、アライメントマークを視認することができる。したがって、ＩＲアライナが不要となる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００１９】
また、第１の基板は主表面にアライメントマークを有するため、アライメントのパターン精度を確保することができるのでアライメント精度が低下しない。そのため、ゲージ抵抗の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００２０】
また、第１の基板は主表面にアライメントマークを有するため、第２の基板を貫通するようにアライメントマークを形成する場合と比較して、アライメントマークの形成に要するコストおよび時間を抑制することができる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００２１】
また、第１の基板は主表面にアライメントマークを有するため、アライメントマークをゲージ抵抗の位置合わせ基準に用いることでゲージ抵抗の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における第１の基板がウエハ状態の半導体圧力センサの概略平面図である。
【図３】図２のＰ１部を示す半導体圧力センサの拡大図である。
【図４】図２のＰ２部を示す半導体圧力センサの概略断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第７工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態における半導体圧力センサの製造方法の第８工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における比較例１の半導体圧力センサの概略断面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態における比較例２の半導体圧力センサの概略断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態における比較例３の半導体圧力センサの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
最初に、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの構成について説明する。
【００２４】
図１を参照して、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサは、第１の基板１と、第２の基板２と、酸化膜７と、金属配線８とを主に有している。第１の基板１に第２の基板２が接合されている。第１の基板１および第２の基板２は、たとえばシリコン基板である。
【００２５】
第１の基板１は基板本体１１と酸化膜１２とを有している。酸化膜１２は基板本体１１の周囲に形成されている。つまり、第１の基板１の表面に酸化膜１２が形成されている。第１の基板１は主表面１ａに凹部３およびアライメントマーク４を有している。凹部３は主表面１ａの中央部に配置されている。アライメントマーク４は第２の基板２から露出するように設けられている。アライメントマーク４は主表面１ａの両端部に配置されている。なお、アライメントマーク４は主表面１ａの両端部のうちどちらか一方の端部に配置されていればよい。
【００２６】
第２の基板２は第１の基板１の主表面１ａ上に形成されている。第２の基板２はダイヤフラム５を有している。ダイヤフラム５は第１の基板１の凹部３内の空間ＩＳ上を覆うように設けられている。第２の基板２の凹部３内の空間ＩＳ上を覆う部分がダイヤフラム５を構成している。ダイヤフラム５と凹部３とが基準圧力室を構成している。なお、第２の基板２には凹部およびアライメントマークは形成されていない。
【００２７】
第２の基板２はゲージ抵抗６を有している。ゲージ抵抗６はダイヤフラム５上に設けられている。ゲージ抵抗６は、第１の基板１と第２の基板２とが重なる方向から見て凹部３の外縁３ａと重なる位置に配置されている。ゲージ抵抗６は第２の基板２の歪みを検出可能に形成されている。ゲージ抵抗６が第２の基板２の歪みを検出することで圧力を検出するように半導体圧力センサは構成されている。たとえば第２の基板２がｎ型シリコン基板の場合には、ゲージ抵抗６として、ｎ型シリコン基板に形成されたｐｎダイオードのｐ層が用いられる。
【００２８】
第２の基板２上に酸化膜７が形成されている。酸化膜７にはゲージ抵抗６の一部を露出するようにゲージ抵抗用コンタクトホールが形成されている。酸化膜７上にゲージ抵抗用コンタクトホールを充填するように金属配線８が形成されている。金属配線８はゲージ抵抗６と接するように形成されている。金属配線８はゲージ抵抗６と電気的に接続されている。金属配線８は、ダイヤフラム５の変形によるゲージ抵抗６の抵抗変化を電気信号として外部に取り出し可能に構成されている。
【００２９】
続いて、第１の基板がウエハ状態の半導体圧力センサについて説明する。
図２および図３を参照して、ウエハ状態の第１の基板１には多数の半導体センサが形成されている。図２中Ｐ１部で示される半導体圧力センサが切り出されて図３に示される半導体圧力センサが形成されている。図３で示される半導体圧力センサが図１で示される半導体圧力センサに対応する。ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられている。アライメントマーク４は、たとえば互いに９０度ずつ離れた位置に４個設けられている。図４を参照して、図２中Ｐ２部で示される半導体圧力センサは第１の基板１の外周縁部１ｂに設けられた１個のアライメントマーク４を有している。
【００３０】
また、アライメントマーク４は、ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂのみに設けられていてもよい。一般に２枚のシリコン基板を貼り合わせて製造されるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板においては、シリコン基板の外周縁部は貼り合わせの信頼性が低くなる。このため、薄く研削された側のシリコン基板の外周縁部が除去される。外周縁部１ｂはテラス部を構成している。テラス部の幅は１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度である。
【００３１】
一般にシリコン基板の外周端から５ｍｍ程度の領域は半導体ウエハプロセスにおいても有効な電気回路を形成することができないため使用されていない。つまり、シリコン基板の外周端から５ｍｍ程度の領域は有効チップが配置される有効領域を構成しない。有効領域ではないテラス部のみにアライメントマークを形成することによって有効チップ数を最大限に多く確保することができる。したがって、アライメントマーク４がウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂのみに設けられていることによって、アライメントマーク４が第１の基板１の主表面１ａの全面に一定間隔で配置する場合に比べて有効チップ数を多く確保することができる。
【００３２】
次に、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法について説明する。以下、説明の便宜のために１個の半導体圧力センサを例として説明するが、ウエハ上に多数の半導体圧力センサが同時に製造される。
【００３３】
図５を参照して、主表面１ａに凹部３およびアライメントマーク４が形成された第１の基板１が準備される。まず、第１の基板１の主表面１ａにアライメントマーク４が形成される。アライメントマーク４はウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂ（図１）に形成されてもよい。外周縁部１ｂの幅はウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂの外周端から５ｍｍ以下であってもよい。アライメントマーク４は、後でゲージ抵抗６などを形成する際の位置合わせに用いられる。アライメントマーク４の形状としては、ステッパを使用できるようにステッパで定められた形状にする。形成方法としては、好ましくはプラズマエッチング装置などを用いて、第１の基板１をエッチングすることで形成される。アライメントマーク４はステッパにて視認できればよいので、深くエッチングする必要はなく、１μｍ程度の深さがあれば十分である。
【００３４】
アライメントマーク４を基準にステッパ等で位置合わせが行われて主表面１ａ上に凹部３が形成される。この凹部３は後に圧力センサとしての基準圧力室となるので、その深さは５〜１００μｍ程度が望ましく、この範囲内で比較的任意に設定できる。凹部３の深さが浅いほど加工負荷が小さくなるが、基準圧力室の容積が小さくなるため微小なリークによる圧力変動、すなわち出力変動が増大する。凹部３の深さはこのトレードオフの関係を考慮して選定される。この凹部３の形成には、アライメントマーク４と同じくプラズマエッチング装置を用いることもできるが、深さが５μｍ以上とやや深いため、ボッシュプロセスによるディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いても良い。あるいはプラズマエッチング装置およびディープＲＩＥ装置などを用いたドライエッチングではなく、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）などのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングを用いることもできる。
【００３５】
また、凹部３およびアライメントマーク４は同時に形成されてもよい。凹部３およびアライメントマーク４が同時に形成される場合には、凹部３およびアライメントマーク４を同じフォトマスクを用いて同時に写真製版することができるため凹部３のアライメント精度（位置精度）を非常に高くすることができる。
【００３６】
その後、第１の基板１の表面に酸化膜１２が形成される。凹部３およびアライメントマーク４が形成された後、第１の基板１が熱酸化されて、ウエハ表面全体に酸化膜１２が形成される。酸化膜１２の厚さは０．２〜１μｍ程度が好適である。
【００３７】
続いて、図６〜図１０を参照して、凹部３内の空間ＩＳ上を覆うダイヤフラム５を有し、かつアライメントマーク４を露出するように第１の基板１の主表面１ａ上に第２の基板２が形成される。図６を参照して、まず、凹部３を封止するように第１の基板１の主表面１ａに第２の基板２が貼り合わせられる。第１の基板１と第２の基板２とが重ね合わせられ、真空排気され、かつ約１１００℃の環境下に置いて熱酸化されることによって互いに接合される。これにより、基準圧力室が気密封止される。
【００３８】
凹部３およびアライメントマーク４が形成される際に意図せずに金属元素が第１の基板１に導入されていた場合に、第１の基板１と第２の基板２の接合時に高温下で金属元素が移動したとしても、金属元素が酸化膜１２内にトラップされて第１の基板１内に留まり、第２の基板２内に侵入しない。
【００３９】
図７を参照して、その後、第２の基板２の外周縁部１ｂがグラインダなどで研削される。第２の基板２は厚みの全ては研削されず、若干量厚みを残すように研削される。これにより第２の基板２が研削されてさらに第１の基板１まで研削されることによってアライメントマーク４が消失してしまうことを防止できる。
【００４０】
図８を参照して、第２の基板２の外周縁部１ｂが研削された後に、外周縁部１ｂに残った第２の基板２がエッチングによって完全に除去される。このエッチングではシリコンのみをエッチングし、酸化膜をエッチングしないＴＭＡＨなどのアルカリエッチング液を用いることが好ましい。これにより、アライメントマーク４は酸化膜１２によって被覆されているのでエッチングされることがない。本工程により、テラス部である外周縁部１ｂが完成し、アライメントマーク４が露出して視認できる状態となる。
【００４１】
図９を参照して、その後、第２の基板２がグラインダなどで研削されて薄肉化される。更に表面を鏡面状態に仕上げるため、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などによる研磨が行われる。これにより、ダイヤフラム５が完成する。ダイヤフラム５のサイズおよび厚さは測定する圧力に依存するが、たとえば、１〜５気圧の圧力を測定するのであれば、サイズ１００から５００μｍ、厚さ５〜２０μｍに設定することができる。
【００４２】
また、上記では、テラス部である外周縁部１ｂが形成された後に第２の基板２が所望の厚さにまで研削されてダイヤフラム５が形成されたが、第２の基板２が所望の厚さにまで研削されてダイヤフラム５が形成された後にテラス部である外周縁部１ｂが形成されてもよい。
【００４３】
図１０を参照して、その後、露出したアライメントマーク４を用いてダイヤフラム５上にゲージ抵抗６が形成される。ステッパを用いて露出したアライメントマーク４に対して位置合わせすることでダイヤフラム５の所定の位置にゲージ抵抗６が形成される。その後、第２の基板２上に酸化膜７が形成される。
【００４４】
図１１を参照して、その後、ステッパを用いて露出したアライメントマーク４に対して位置合わせすることで酸化膜７の所定の位置にゲージ抵抗用コンタクトホールが形成される。続いて、露出したアライメントマーク４を用いてゲージ抵抗６に電気的に接続される金属配線８が形成される。ステッパを用いて露出したアライメントマーク４を基準にして位置合わせを行って金属配線８がゲージ抵抗用コンタクトホールを充填するように所定の位置に形成される。
【００４５】
図１２を参照して、その後、第１の基板１の主表面１ａとは反対側の裏面側が研削されて、不要な酸化膜が除去される。これにより、圧力センサウェハが完成する。さらに第１の基板１の側面の不要な酸化膜が除去されることで図１に示される半導体圧力センサが製造される。
【００４６】
本発明の一実施の形態では、上述のように、アライメントマーク４に対していずれもステッパを用いて凹部３、ゲージ抵抗６を形成することができるので、凹部３を覆うように設けられたダイヤフラム５の所定の位置に高精度にゲージ抵抗６を形成することができる。
【００４７】
次に、本発明の一実施の形態の作用効果について比較例と比較して説明する。
図１３を参照して、本発明の一実施の形態における比較例１の半導体圧力センサでは、第２の基板２の第１の面２ａに第１のアライメントマーク４ａが形成されている。第１のアライメントマーク４ａは第２の基板２の第１の面２ａに形成されているため第２の面２ｂ側から視認できない。そのため、第１のアライメントマーク４ａを認識するためにＩＲアライナが用いられる。したがって、ＩＲアライナを用いるために製造コストが高くなる。
【００４８】
図１４を参照して、本発明の一実施の形態における比較例２の半導体圧力センサでは、第１のアライメントマーク４ａが第２の基板２を貫通するように形成されている。第２の基板２には凹部３およびダイヤフラム５が形成されているため、比較例１のように第２の基板２の表面に設けられた第１のアライメントマーク４ａの厚みより大きい厚みを第２の基板２は有している。したがって、比較例１の半導体圧力センサように第２の基板２の表面に第１のアライメントマーク４ａを形成する場合に比べて、比較例２の半導体圧力センサでは第１のアライメントマーク４ａを形成するために時間、コストが多く必要となるため、製造コストが高くなる。
【００４９】
また、第１のアライメントマーク４ａが第２の基板２を第１の面２ａから第２の面２ｂに向かって貫通するように形成されているため、第２の基板２を深くエッチングする必要がある。このエッチングの際、第１の面２ａから第２の面２ｂに向かって先が細くなるように第２の基板２に貫通孔が形成される。この貫通孔に第１のアライメントマーク４ａが形成されるため、第１のアライメントマーク４ａの形状は第１の面２ａに比べて第２の面２ｂでは劣化する。そのため、アライメント精度が低下する。これにより、圧力測定精度が低下する。
【００５０】
また、比較例１および２とも、第２の基板２の研削量のばらつきおよび凹部３の深さのばらつきによって、ダイヤフラム５の厚さに相当なばらつきがある。したがって、歩留まりよくダイヤフラム５の厚さを所望どおりに仕上げることが難しい。これにより、圧力測定精度が低下する。
【００５１】
また、比較例１および２とも、第２の基板２に凹部３およびゲージ抵抗６が形成されているため、第２の基板２に凹部３が形成される際の金属汚染によってゲージ抵抗６の特性がばらついたり、信頼性が低下したりする。
【００５２】
図１５を参照して、本発明の一実施の形態における比較例３の半導体圧力センサでは、第１の基板１の貼り合わせ界面とはならない面１ｄに第１のアライメントマーク４ａが形成されている。この第１のアライメントマーク４ａに対して両面アライナを用いて主表面１ａに凹部３が形成される。次に、第１の基板１と第２の基板２とが凹部３を封止するように貼り合わせられる。その後、第２の基板２が研削されることによってダイヤフラム５が形成される。そして、第１のアライメントマーク４ａに対して両面アライナを用いて第２の基板２の第２の面２ｂに第２のアライメントマーク４ｂが形成される。この第２のアライメントマーク４ｂを基準にゲージ抵抗６が形成される。
【００５３】
比較例３の半導体圧力センサの製造方法では、比較例１のようにＩＲアライナは不要であり、比較例２のように第２の基板２を貫通するような第１のアライメントマーク４ａも不要である。しかしながら、ステッパに比べて位置合わせ精度の低い両面アライナが２回使用されている。したがって、ゲージ抵抗６の位置合わせ精度は、そもそも位置合わせ精度が低い両面アライナの位置合わせを２回繰り返した精度しか得られない。これにより、圧力測定精度が低下する。
【００５４】
また、比較例１〜３のいずれにおいても、第１のアライメントマーク４ａに基づいて位置合わせされた第２のアライメントマーク４ｂを基準にゲージ抵抗６は形成される。したがって、第２のアライメントマーク４ｂを介さずに第１のアライメントマーク４ａに基づいてゲージ抵抗６が形成される場合と比べてゲージ抵抗６の位置精度が低下する。
【００５５】
本発明の一実施の形態の半導体圧力センサによれば、第１の基板１が凹部３およびアライメントマーク４を有し、第２の基板２がゲージ抵抗６を有している。つまり、凹部３およびアライメントマーク４を有する第１の基板１とは別の第２の基板２がゲージ抵抗６を有している。したがって、凹部３およびアライメントマーク４が形成される際の第１の基板１での金属汚染が第２の基板２のゲージ抵抗６に広がることを抑制できる。このため、ゲージ抵抗６の特性ばらつきおよび信頼性の低下を防止することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００５６】
また、第１の基板１が凹部３を有し、第２の基板２がダイヤフラム５を有するため、凹部３の深さのばらつきに影響されることなく第２の基板２を研削してダイヤフラム５を設けることができる。そのため、ダイヤフラム５の厚さの精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００５７】
また、アライメントマーク４が第２の基板２から露出しているため、アライメントマーク４を視認することができる。したがって、ＩＲアライナが不要となる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００５８】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４を有するため、アライメントマーク４のパターン精度を確保することができるのでアライメント精度が低下しない。そのため、ゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００５９】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４を有するため、第２の基板２を貫通するようにアライメントマーク４を形成する場合と比較して、アライメントマーク４の形成に要するコストおよび時間を抑制することができる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００６０】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４を有するため、アライメントマーク４をゲージ抵抗６の位置合わせ基準に用いることでゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。特に、ダイヤフラム５に対するゲージ抵抗６の位置精度を向上させることによって、圧力ゼロ時のセンサ出力（いわゆるオフセット出力）のばらつきを小さくすることができる。
【００６１】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサによれば、ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられている。そのため、有効領域でない外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられることで、有効チップ数を多く確保することができる。
【００６２】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサによれば、第１の基板１と第２の基板２とが重なる方向から見て凹部３の外縁３ａと重なる位置にゲージ抵抗６が配置されている。そのため、応力が大きくなる領域にゲージ抵抗６が配置されることで、ゲージ抵抗６の抵抗変化を大きくすることができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６３】
本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、第１の基板１に凹部３およびアライメントマーク４が形成されており、第２の基板２にゲージ抵抗６が形成されるため、凹部３およびアライメントマーク４が形成される際の金属汚染によるゲージ抵抗６の特性ばらつきおよび信頼性の低下を防止することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６４】
また、第１の基板１に凹部３が形成されており、第２の基板２にダイヤフラム５が形成されるため、凹部３の深さのばらつきに影響されることなく第２の基板２を研削してダイヤフラム５を形成することができる。そのため、ダイヤフラム５の厚さの精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６５】
また、アライメントマーク４を露出するように第２の基板２が設けられているため、アライメントマーク４を視認することができる。したがって、ＩＲアライナが不要となる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００６６】
また、第１の基板１の主表面１ａにアライメントマーク４が形成されているため、アライメントのパターン精度を確保することができるのでアライメント精度が低下しない。そのため、ゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００６７】
また、第１の基板１の主表面１ａにアライメントマーク４が形成されているため、第２の基板２を貫通するようにアライメントマーク４が形成されている場合と比較して、アライメントマーク４の形成に要するコストおよび時間を抑制することができる。これにより、製造コストを抑制することができる。
【００６８】
また、第１の基板１は主表面１ａにアライメントマーク４が形成されているため、アライメントマーク４をゲージ抵抗６の位置合わせ基準に用いることでゲージ抵抗６の位置合わせ精度を向上することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。特に、ダイヤフラム５に対するゲージ抵抗６の位置精度を向上させることによって、圧力ゼロ時のセンサ出力（いわゆるオフセット出力）のばらつきを小さくすることができる。
【００６９】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、露出したアライメントマークを用いてゲージ抵抗に電気的に接続される金属配線を形成する工程をさらに備えている。これにより、金属配線の位置合わせ精度を向上することができる。金属配線の位置合わせ精度を向上することによって金属配線の位置ずれによる圧力測定誤差を抑制することができる。これにより、圧力測定精度を向上することができる。
【００７０】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、アライメントマーク４は、ウエハ状態の第１の基板１の外周縁部１ｂに形成される。有効領域でない外周縁部１ｂにアライメントマーク４が設けられることで、有効チップ数を多く確保することができる。
【００７１】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、外周縁部１ｂの幅がウエハ状態の第１の基板１の外周端１ｃから５ｍｍ以下である。これにより、ステッパによるアライメントマーク４の認識性と有効チップ領域の最大化とを両立できるという効果が得られる。これは次の理由による。まず、アライメントマーク４のステッパによる視認性は、アライメントマーク４を第１の基板１の内周側へ配置するほど問題なく認識できるようになる。一方で、アライメントマークを露出させるためにはその上にある第２の基板２を除去することになるので、アライメントマーク４を第１の基板１の内周側へ配置するほど、有効チップ領域は減少する。その上、第２の基板２を除去した部分が急峻かつ大きな段差となるために、後に形成するゲージ抵抗６、酸化膜７、金属配線８などのカバレッジ形状が低下したり、剥離したりするという問題を惹起してしまうおそれがある。発明者らは鋭意実験した結果、アライメントマーク４が所謂テラス部に配置され、外周縁部１ｂの幅の寸法が第１の基板１の外周端から５ｍｍ以内の範囲であれば、ステッパによるアライメントマーク４の認識性と有効チップ領域の最大化とを両立できることを見出した。
【００７２】
また、本発明の一実施の形態の半導体圧力センサの製造方法によれば、第２の基板２を研削した後に、第２の基板２をエッチングすることによってアライメントマーク４が露出される。これにより、第２の基板２が研削されて、さらに第１の基板１まで研削されることによってアライメントマーク４が消失してしまうことを防止することができる。また、処理時間の長いエッチングだけでなく、砥石を用いたグラインダなどで切削することで処理時間を短縮することによって製造効率を向上することができる。
【００７３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１ 第１の基板、１ａ 主表面、１ｂ 外周縁部、１ｃ 外周端、２ 第２の基板、３ 凹部、３ａ 外縁、４ アライメントマーク、５ ダイヤフラム、６ ゲージ抵抗、７ 酸化膜、８ 金属配線、１１ 基板本体、１２ 酸化膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面に凹部およびアライメントマークを有する第１の基板と、
前記第１の基板の前記主表面上に形成されており、前記第１の基板の前記凹部内の空間上を覆うように設けられたダイヤフラムおよび前記ダイヤフラム上に設けられたゲージ抵抗を有する第２の基板とを備え、
前記アライメントマークは前記第２の基板から露出するように設けられている、半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記第１の基板はウエハ状態であって、
前記ウエハ状態の前記第１の基板の外周縁部に前記アライメントマークが設けられている、請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記第１の基板と前記第２の基板とが重なる方向から見て前記凹部の外縁と重なる位置に前記ゲージ抵抗が配置されている、請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
主表面に凹部およびアライメントマークが形成された第１の基板を準備する工程と、
前記凹部内の空間上を覆うダイヤフラムを有し、かつ前記アライメントマークを露出するように前記第１の基板の前記主表面上に第２の基板を形成する工程と、
前記露出した前記アライメントマークを用いて前記ダイヤフラム上にゲージ抵抗を形成する工程とを備えた、半導体圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記露出した前記アライメントマークを用いて前記ゲージ抵抗に電気的に接続される金属配線を形成する工程をさらに備えた、請求項４に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記アライメントマークは、ウエハ状態の前記第１の基板の外周縁部に形成される、請求項４または５に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項７】
前記外周縁部の幅が前記ウエハ状態の前記第１の基板の外周端から５ｍｍ以下である、請求項６に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項８】
前記第２の基板を形成する工程は、
前記第２の基板を研削する工程と、
前記第２の基板を研削した後に、前記第２の基板をエッチングすることによって前記アライメントマークを露出させる工程とを含む、請求項４〜７のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項１】
主表面に凹部およびアライメントマークを有する第１の基板と、
前記第１の基板の前記主表面上に形成されており、前記第１の基板の前記凹部内の空間上を覆うように設けられたダイヤフラムおよび前記ダイヤフラム上に設けられたゲージ抵抗を有する第２の基板とを備え、
前記アライメントマークは前記第２の基板から露出するように設けられている、半導体圧力センサ。
【請求項２】
前記第１の基板はウエハ状態であって、
前記ウエハ状態の前記第１の基板の外周縁部に前記アライメントマークが設けられている、請求項１に記載の半導体圧力センサ。
【請求項３】
前記第１の基板と前記第２の基板とが重なる方向から見て前記凹部の外縁と重なる位置に前記ゲージ抵抗が配置されている、請求項１または２に記載の半導体圧力センサ。
【請求項４】
主表面に凹部およびアライメントマークが形成された第１の基板を準備する工程と、
前記凹部内の空間上を覆うダイヤフラムを有し、かつ前記アライメントマークを露出するように前記第１の基板の前記主表面上に第２の基板を形成する工程と、
前記露出した前記アライメントマークを用いて前記ダイヤフラム上にゲージ抵抗を形成する工程とを備えた、半導体圧力センサの製造方法。
【請求項５】
前記露出した前記アライメントマークを用いて前記ゲージ抵抗に電気的に接続される金属配線を形成する工程をさらに備えた、請求項４に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記アライメントマークは、ウエハ状態の前記第１の基板の外周縁部に形成される、請求項４または５に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項７】
前記外周縁部の幅が前記ウエハ状態の前記第１の基板の外周端から５ｍｍ以下である、請求項６に記載の半導体圧力センサの製造方法。
【請求項８】
前記第２の基板を形成する工程は、
前記第２の基板を研削する工程と、
前記第２の基板を研削した後に、前記第２の基板をエッチングすることによって前記アライメントマークを露出させる工程とを含む、請求項４〜７のいずれかに記載の半導体圧力センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−９６７４７（Ｐ２０１３−９６７４７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７４８５（Ｐ２０１１−２３７４８５）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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