DE19826317A1

DE19826317A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, Halbleiterdrucksensor und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE19826317A1
Application number: DE19826317A
Authority: DE
Inventors: Minekazu Sakai; Toshimasa Yamamoto; Yasutoshi Suzuki; Kenichi Yokoyama; Masakazu Terada; Eishi Kawasaki; Inao Toyoda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: DE19826317B4; US6388279B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines in sich eine Druckreferenzkammer aufwei senden Halbleitersubstrats, das für einen Druckserisor oder dergleichen verwendet wird, und betrifft einen Halbleiter drucksensor und sein Herstellungsverfahren.

Halbleiterdrucksensoren zum Erfassen des Drucks, der auf eine Membran wirkt, beinhalten derartige, die eine Druckreferenzkammer aufweisen, die in ihnen vorgesehen ist. In diesem Fall wird, um die Erfassungsgenauigkeit des Sen sors zu maximieren, die Gasmenge, die in dem Inneren der Druckreferenzkammer bleibt, so klein wie möglich gemacht, um Schwankungen des Referenzdrucks innerhalb der Druckrefe renzkammer zu verringern, die sich aus Temperaturänderungen ergeben.

Als Halbleitersubstrate, die beidem Herstellen dieser Art eines Halbleiterdrucksensors verwendet werden, sind Substrate verwendet worden, bei denen ein Teil, der einer Druckreferenzkammer entspricht, im voraus ausgebildet wird. Diese Art eines Halbleitersubstrats wird zum Beispiel durch derartiges Aufeinanderschichten von zwei Siliziumsubstraten hergestellt, daß in ihnen eine Druckreferenzkammer ausge bildet wird, wie es in den Fig. 23A bis 23C gezeigt ist.

Das heißt, zuerst wird, wie es in Fig. 23A gezeigt ist, eine Austiefung 2, die als eine Druckreferenzkammer verwen det wird, durch ein Verfahren, wie zum Beispiel Ätzen, in einem ersten Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Ebenso wird ein Oxidfilm 4 auf der Oberfläche eines zweiten Silizium substrats 3 ausgebildet. Dann werden das erste Siliziumsubstrat 1 und das zweite Siliziumsubstrat 3 derart aufein andergeschichtet, daß die Austiefung 2 in dem ersten Sili ziumsubstrat 1 von der Fläche des zweiten Siliziumsubstrats 3 bedeckt wird, auf welcher der Oxidfilm 4 ausgebildet ist. Dieses Schichten wird in Vakuum ausgeführt. Als Ergebnis ist in dem geschichteten Zustand die Austiefung 2 von dem zweiten Siliziumsubstrat 3 bedeckt und bildet eine Druckre ferenzkammer 5 aus, die Vakuum enthält (siehe Fig. 23B).

Dann wird durch Polieren der freien Fläche des ersten Siliziumsubstrats 1 die Dicke des Bodenteils der Druckrefe renzkammer 5 auf eine vorbestimmte Dicke gebracht, um einen Teil auszubilden, der eine Membran 6 wird. Danach wird eine Mehrzahl von Widerständen, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, in der Membran 6 ausgebildet und werden diese in der Form einer Brückenschaltung verbunden, um einen Halb leiterdrucksensor zu vervollständigen.

Wenn der Druck einer Umgebung, in welcher der Halblei terdrucksensor angeordnet worden ist, auf die Membran 6 wirkt, wird die Membran 6 durch eine Kraft verschoben, die der Differenz zwischen diesem Druck und dem Druck innerhalb der Druckreferenzkammer 5 entspricht. Die Widerstandswerte der Widerstände werden durch einen Piezowiderstandseffekt entsprechend dieser Verschiebung der Membran 6 geändert. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Spannung, die dem Druck der Um gebung entspricht, an Ausgangsanschlüssen der Brückenschal tung ausgegeben und durch Erfassen dieser Ausgangsspannung ist es möglich, den Druck zu erfassen.

Jedoch erfaßt diese Art eines Halbleiterdrucksensors den Druck, der auf die Membran 6 wirkt, als eine Änderung der Widerstandswerte von Widerständen, die sich entspre chend der Verschiebung der Membran 6 ändern. Folglich ist die Dickenabmessung der Membran 6 ein Faktor, der die Ge nauigkeit der Druckerfassung bestimmt. Das heißt, wenn die Membran 6 dünn gemacht wird, kann die Erfassungsgenauigkeit entsprechend erhöht werden. Um die Fläche der Membran 6 ohne Verringern der Erfassungsgenauigkeit zu verringern, ist es notwendig, die Dicke der Membran 6 dünn zu machen.

Jedoch ist es bei der Art eines Verfahrens zum Herstel len eines Halbleitersubstrats, das zuvor beschrieben worden ist, nachdem die Druckreferenzkammer 5 in ihrem Inneren in einen Zustand nahe Vakuum ausgebildet worden ist, notwen dig, daß ein Schritt eines Polierens ausgeführt wird, um die Membran 6 auszubilden. Wenn das Polieren jedoch fort schreitet, um die Membran 6 dünn (zum Beispiel ungefähr 1 bis 10 µm) zu machen, wird die Membran 6 während eines po lierens aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Druckreferenzkammer 5 und dem Äußeren einer Belastung ausgesetzt und verformt sich, wie es in Fig. 23C gezeigt ist.

Wenn Verformungen der Membran 6 während eines Polierens so groß werden, daß sie nicht vernachlässigt werden können, wird die Dicke der Membran 6 uneben, und die Genauigkeit der Verschiebung der Membran 6, die dem erfaßten Druck ent spricht, fällt ab. In einigen Fällen kann der Mittelteil der Membran 6 mit der gegenüberliegenden Wand der Druckre ferenzkammer 5 in Kontakt kommen, so daß eine weitere Ver schiebung der Membran 6 verhindert wird.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter substrats zu schaffen, welches, wenn eine Membran, die die Rückwand einer Druckreferenzkammer bildet, zu einer niedri gen Dicke verarbeitet wird, die Membran aufgrund einer Be lastung, die verursacht, daß sich die Membran verformt, welche auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Druckreferenzkammer erzeugt wird, nicht nachteilig beeinträchtigt, und einen Halblei terdrucksensor und sein Herstellungsverfahren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens zum Her stellen eines Halbleitersubstrats mit den in den Ansprüchen 1, 15 und 23 angegebenen Maßnahmen, hinsichtlich des Halb leiterdrucksensors mit den in den Ansprüchen 16 und 19 an gegebenen Maßnahmen und hinsichtlich seines Herstellungs verfahrens mit den im Anspruch 22 angegebenen Maßnahmen ge löst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Schritt eines Ausbildens einer Austiefung eine Austiefung in einem ersten Substrat ausgebildet und wird bei einem Schritt eines Schichtens das erste Substrat in einer Atmosphäre bei Atmosphärendruck mit einem zweiten Substrat geschichtet und wird die Austiefung dadurch als eine Druckreferenzkammer ausgebildet, worauf die Druckrefe renzkammer in einem Schritt eines Evakuierens evakuiert wird. Der Schritt eines Schichtens muß nicht in einer eva kuierten Atmosphäre ausgeführt werden und deshalb kann der Schritt eines Schichtens einfach und leicht ausgeführt wer den. Weiterhin treten Probleme, wie zum Beispiel, daß das Substrat durch eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Druckreferenzkammer verformt wird, nicht auf, wenn die Dicke eines Teils des Substrats, an dem die Druckreferenzkammer ausgebildet ist, durch Polieren oder dergleichen verarbeitet wird oder ein Schritt eines Ausbil dens von Vorrichtungen dort vor dem Ausführen des Schritt eines Evakuierens ausgeführt wird, und folglich kann diese Verarbeitung mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt werden.

Vorzugsweise wird bei einem Schritt eines Ausbildens eines Verbindungslochs ein Verbindungsloch in mindestens einem der ersten und zweiten Substrate derart ausgebildet, daß, wenn die ersten und zweiten Substrate aufeinanderge schichtet worden sind, die Austiefung, die als eine Druck referenzkammer zu verwenden ist, mit dem Äußeren verbunden ist. Wenn dies durchgeführt wird, nachdem der Schritt eines Schichtens ausgeführt worden ist, kann beim Ausführen des Schritts eines Evakuierens die Druckreferenzkammer sicher evakuiert werden, wenn das Gas innerhalb der Druckreferenz kammer durch dieses Verbindungsloch entfernt wird und ein Schritt eines Abdichtens bzw. Verkapselns ausgeführt wird, um das Verbindungsloch nach dem Evakuieren zu schließen.

Der Schritt eines Evakuierens wird vorzugsweise nach einem Schritt eines Ausbildens von Vorrichtungen zum Aus bilden von Vorrichtungen ausgeführt, die einen Drucksensor aufbauen. Dadurch kann verhindert werden, daß sich eine Membran aufgrund einer Druckdifferenz über ihr verformt, während das Substrat verarbeitet wird oder die Vorrichtun gen ausgebildet werden, wenn ein Teil des Substrats, in welchem die Druckreferenzkammer ausgebildet ist, als die Membran verwendet wird. Deshalb können Einschränkungen be züglich der Verarbeitung für ein Ausbilden einer Membran oder ein Ausbilden einer Vorrichtung verringert werden und kann die Genauigkeit dieser Verarbeitung erhöht werden.

Bei dem Schritt eines Schichtens kann die Austiefung, die als eine Druckreferenzkammer verwendet wird, derart ab gedichtet werden, daß das Innere von ihr von dem Äußeren isoliert ist, und kann dann bei dem Schritt eines Evakuie rens durch eine Wärmebehandlung, die ausgeführt wird, das Gas innerhalb der Austiefung mit dem Substratmaterial ge bunden werden und dadurch aufgebraucht werden. Dadurch ist es möglich, das Innere der Druckreferenzkammer einfach und sicher zu evakuieren. Bei diesem Schritt eines Evakuierens wird Sauerstoff, der innerhalb der Austiefung bleibt, mit dem Substratmaterial gebunden, um ein Oxid auszubilden, und als Ergebnis ist das Innere der Druckreferenzkammer evaku iert. Folglich kann ein Evakuieren des Inneren der Druckre ferenzkammer einfach und sicher ohne Verwendung besonderer Reaktanden bzw. Reaktionspartner oder dergleichen ausge führt werden.

Um die zuvor erwähnte Reaktion zu fördern, kann das In nere der Austiefung im voraus derart oberflächenbehandelt werden, daß die Halbleiterflächen freigelegt sind. In die sem Fall kann der Schritt eines Evakuierens wirkungsvoll ausgeführt werden. Als diese Oberflächenbehandlung kann ein Oxidfilm entfernt werden. Wenn dies durchgeführt ist, kann, da Halbleiterflächen Sauerstoff innerhalb der Druckrefe zenzkammer zuverlässiger aufbrauchen, der Schritt eines Evakuierens sicher und schnell ausgeführt werden.

Wenn ein Polieren ausgeführt wird, um eine Membran durch Verringern der Dicke des Teils des ersten Substrats auszubilden, an dem die Austiefung ausgebildet ist, die als eine Druckreferenzkammer verwendet wird, wird der Schritt eines Polierens vorzugsweise vor dem Schritt eines Evakuie rens ausgeführt. Wenn dies durchgeführt wird, verformt sich der Teil, der in einer Membran ausgebildet ist, nicht unter einer Belastung, die aufgrund einer Druckdifferenz über ihr entsteht, und folglich kann eine Membran, die bei einem Drucksensor oder dergleichen verwendet wird, mit einer ho hen Genauigkeit ausgebildet werden.

Vorzugsweise wird die Dicke der Membran derart be stimmt, daß ein Maximalwert einer Biegung, welcher aus der Dicke, einer Seitenlänge, einem Elastizitätsmodul, der aus einem Material der Membran bestimmt wird, und einem Druck abgeleitet wird, der gleichmäßig auf die Oberfläche der Membran wirkt, gleich oder kleiner als die Dicke der Mem bran ist. In diesem Fall ist es auch dann, wenn die Dicke der Membran dünn eingestellt wird, möglich, die Verformung der Membran zu verringern, die durch eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Druckreferenz kammer verursacht wird. Deshalb können während eines Her stellungsverfahrens auch dann, wenn, der Teil des Substrats, der die Membran wird, poliert wird, um die Membran aus zu bilden, nachdem das Innere der Druckreferenzkammer evaku iert worden ist, Probleme, die durch die Biegung und Ver formung der Membran verursacht werden, unterdrückt werden, und kann deshalb die Membran erzielt werden, die kein Hin dernis für eine Druckerfassung verursacht.

Vorzugsweise ist die Form der Membran quadratisch. Wei terhin wird, wenn die Membran aus monokristallinem Silizium ausgebildet wird, das Verhältnis (L/H) einer Seitenlänge L zu einer Dicke H der Membran vorzugsweise derart einge stellt, daß es kleiner als 104 ist. Dadurch können ebenso auch dann, wenn der Teil des Substrats, der die Membran wird, poliert wird, nachdem das Innere der Druckreferenz kammer evakuiert worden ist, Probleme, die durch die Bie gung und Verformung der Membran verursacht werden, unter drückt werden, und kann deshalb die Membran erzielt werden, die kein Hindernis für eine Druckerfassung verursacht.

Die Form der Membran kann kreisförmig sein. In diesem Fall kann die Dicke der Membran derart bestimmt werden, daß ein Maximalwert einer Biegung, welcher aus der Dicke, einem Radius und einem Elastizitätsmodul, der aus einem Material der Membran bestimmt wird, und einem Druck abgeleitet wird, der gleichmäßig auf die Oberfläche der Membran wirkt, gleich oder kleiner als die Dicke der Membran ist. Ebenso wird, wenn die Membran aus monokristallinem Silizium ausge bildet wird, das Verhältnis (R/H) eines Radius R zu einer Dicke H der Membran vorzugsweise derart eingestellt, daß es kleiner als 56 ist.

In diesen Fällen ist es auch dann, wenn die Dicke der Membran dünn eingestellt wird, möglich, die Verformung der Membran zu verringern, die durch eine Druckdifferenz zwi schen dem Inneren und dem Äußeren einer Druckreferenzkammer verursacht wird. Deshalb können während eines Herstellungs verfahrens auch dann, wenn der Teil des Substrats, der die Membran wird, poliert wird, um die Membran auszubilden, nachdem das Innere der Druckreferenzkammer evakuiert worden ist, Probleme, die durch die Biegung und Verformung der Membran verursacht werden, unterdrückt werden, und kann deshalb die Membran erzielt werden, die kein Hindernis für eine Druckerfassung verursacht.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats eines Halblei terdrucksensors. Das heißt, die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors, das eine Druckreferenzkammer auf der Rückseite einer Membran aufweist, wobei das Verfahren einen Schritt eines Ausbildens einer Austiefung durch Ätzen einer Oberfläche einer aktiven Schicht, die mit einem sich dazwischen befindenden PN-Übergang auf einem ersten Träger substrat vorgesehen ist, zum Ausbilden einer Austiefung, die eine Druckreferenzkammer wird, wobei eine aktive Schicht einer Dicke zurückbleibt, die der der Membran ent spricht, die auf ihrer Bodenseite vorgesehen ist; einen Schritt eines Schichtens zum Schichten eines zweiten Trä gersubstrats auf die Oberfläche der aktiven Schicht; einen Schritt eines Entfernens eines ersten Trägersubstrats zum Entfernen des Großteils des ersten Trägersubstrats durch Ätzen; und einen Schritt eines Fertigätzens zum weiteren Ausführen eines flachen Ätzens auf der Ätzfläche des Schritts eines Entfernens eines ersten Trägersubstrats, bis die aktive Schicht freigelegt wird, aufweist. Der Schritt eines Entfernens des ersten Trägersubstrats wird unter Ver wendung eines elektrochemischen Stoppätzens mit einer Ver armungsschicht ausgeführt, die als ein Stopper bzw. Stopp mittel an dem PN-Übergang zwischen dem ersten Träger substrat und der aktiven Schicht ausgebildet ist.

Da das elektrochemische Stoppätzen, das bei dem Schritt eines Entfernens eines ersten Trägersubstrats verwendet wird, mit einer Verarmungsschicht ausgeführt wird, die als ein Stopper an dem PN-Übergang zwischen dem ersten Träger substrat und der aktiven Schicht ausgebildet ist, gibt es kein Auftreten der Art einer Durchbiegung, die entsteht, wenn das erste Trägersubstrat durch Polieren entfernt wird, und das Ätzen kann derart ausgeführt werden, daß das erste Trägersubstrat einer gleichmäßigen Dicke auf der aktiven Schicht zurückbleibt. Bei dem Fertigätzen ist es lediglich notwendig, ein äußerst flaches Ätzen zum Entfernen des ver bleibenden Verarmungsschichtteils des ersten Träger substrats auszuführen. Folglich ist die Dickenänderung, die durch das Fertigätzen verursacht wird, klein genug, um ver nachlässigt zu werden. Als Ergebnis ist es möglich, eine Membran auszubilden, die eine äußerst kleine Dickenänderung aufweist.

Deshalb ist es bei diesem zweiten Aspekt der vorliegen den Erfindung möglich, eine Membran einer gleichmäßigen Filmdicke zu erzielen, sind aufwendige Schritte, wie zum Beispiel eine Grabenverarbeitung, unnötig, und es gibt den äußerst wertvollen Vorteil, daß das Verfahren einfach ist und Herstellungskosten niedrig gehalten werden können. Da die Membran und die Austiefung, die die Druckreferenzkammer wird, in der aktiven Schicht ausgebildet werden, kann die Dicke der aktiven Schicht unberücksichtigt der Dicke der Membran groß gemacht werden und wird daher die Freiheit ei nes Schaltungsentwurfs erhöht. Ebenso kann eine positio nelle Ausrichtung bei dem Schritt eines Schichtens unnötig gemacht werden.

Die aktive Schicht kann durch epitaktisches Wachstum auf dem ersten Trägersubstrat ausgebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt kann eine ausgetiefte oder hervorstehende Aus richtungsmarkierung im voraus in der oberen Fläche des er sten Trägersubstrats ausgebildet werden. Wenn dies durchge führt wird, erscheint eine ausgetiefte oder hervorstehende Ausrichtungsmarkierung, die der Ausrichtungsmarkierung ent spricht, die im voraus in dem ersten Trägersubstrat ausge bildet worden ist, ebenso in der Oberfläche der aktiven Schicht, die auf dem ersten Trägersubstrat ausgebildet wird. Dann kann bei dem Schritt eines Ausbildens einer Aus tiefung die Austiefung auf der Grundlage dieser Ausrich tungsmarkierung an einer vorbestimmten Position ausgebildet werden. Da nach dem Schritt eines Fertigätzens eine Aus richtungsmarkierung an dem Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat und der aktiven Schicht, das heißt, an der freigelegten Oberfläche der aktiven Schicht, erscheint, kann ebenso ein nachfolgendes Ausbilden von Vorrichtungen und Schaltungen auf der Grundlage dieser Ausrichtungsmar kierung an vorbestimmten Positionen in der aktiven Schicht ausgeführt werden.

Bei dem Schritt eines Entfernens eines ersten Träger substrats kann ein elektrochemisches Stoppätzen an der Ver armungsschicht ausgeführt werden, nachdem das erste Träger substrat durch Polieren teilweise entfernt worden ist. Wenn dies durchgeführt wird, wird als Ergebnis dessen, daß ebenso ein Polieren verwendet wird, die Materialmenge ver ringert, die durch das elektrochemische Stoppätzen zu ent fernen ist. Folglich kann die Verfahrenszeit verkürzt wer den und können Kostenverringerungen erzielt werden, wobei es immer noch möglich ist, ein gleichmäßiges Ätzen auszu führen.

Ebenso kann dadurch, daß der Schritt eines Schichtens in Vakuum ausgeführt wird, die Druckreferenzkammer zu einer Vakuumkammer gemacht werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht des gleichen Substrats eines Halbleiterdrucksensors;

Fig. 3 ein Verfahrensflußdiagramm des Flusses eines Verfahrens zum Herstellen des Substrats eines Halbleiterdrucksensors;

Fig. 4A bis 4E schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten des Herstellungs verfahrens;

Fig. 5A bis 5C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in

Fig. 4E folgenden verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens;

Fig. 6A bis 6C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in Fig. 5C folgenden verschiedenen Schritteil des Herstellungsverfahrens;

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Draufsicht des gleichen Substrats eines Halbleiterdrucksensors;

Fig. 9 ein Verfahrensflußdiagramm des Flusses eines Verfahrens zum Herstellen des Substrats eines, Halbleiterdrucksensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10A bis 10D schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten des Herstellungs verfahrens in Fig. 9;

Fig. 11A bis 11C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in Fig. 10D folgenden verschiedenen Schrit ten des Herstellungsverfahrens;

Fig. 12A bis 12C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in Fig. 11C folgenden verschiedenen Schrit ten des Herstellungsverfahrens;

Fig. 13 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 eine Draufsicht des gleichen Substrats eines Halbleiterdrucksensors;

Fig. 15A bis 15D schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten eines Herstel lungsverfahrens;

Fig. 16A bis 16C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in Fig. 15D folgenden verschiedenen Schrit ten des Herstellungsverfahrens;

Fig. 17 eine schematische Schnittansicht eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18A bis 18D schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten eines Herstel lungsverfahrens;

Fig. 19A bis 19H schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors in verschiedenen Schritten eines Herstel lungsverfahrens gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 20 eine Darstellung zum Erklären des Prin zips des elektrochemischen Stoppätzens;

Fig. 21 einen Graph einer Änderung eines elektri schen Stroms während eines elektrochemi schen Stoppätzens;

Fig. 22A bis 22C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors bei einem Schritt eines Entfernens eines ersten Trägersubstrats gemäß einem sech sten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 23A bis 23C schematische Schnittansichten eines Substrats eines Halbleiterdrucksensors bei einem Herstellungsverfahren im Stand der Technik.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6C be schrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht und Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines Substrats 12 eines Halblei terdrucksensors, das unter Verwendung eines Halbleiter substrats 11 ausgebildet ist, das durch Anwenden eines Ver fahrens zum Herstellen eines Halbleitersubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.

Ein Basis- bzw. Trägersiliziumsubstrat 15, das als ein zweites Substrat dient, ist auf die Bodenfläche eines mono kristallinen Siliziumsubstrats (hier im weiteren Verlauf als "Monosiliziumsubstrat" bezeichnet) 13, das als ein er stes Substrat dient, mit einem sich dazwischen befindenden Oxidfilm 14 geschichtet. Eine Druckreferenzkammer 16 ist von dem Äußeren isoliert in einem Mittelteil der Bodenflä che des Monosiliziumsubstrats 13 ausgebildet, wobei aus ih rem Inneren Gas derart entfernt worden ist, daß sie sich in einem Zustand nahe Vakuum befindet. Die Druckreferenzkammer 16 steht mit einem Verbindungsloch 17 in Verbindung, das derart ausgebildet ist, daß es sich entlang der Fläche des Monosiliziumsubstrats 13 ausdehnt. Dieses Verbindungsloch 17 ist durch einen Oxidfilm 19 abgedichtet, der sich teil weise entlang von ihm an einem Abdichtloch 18 befindet, das von einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 11 aus gebildet ist.

Eine Membran 20, die auf eine vorbestimmte Dicke po liert ist, bildet die obere Wand der Druckreferenzkammer 16 aus. Diese Membran 20 ist derart auf eine Dicke einge stellt, daß sie sich entsprechend einem Außendruck ver schiebt. Vier Widerstände 21, die einen Piezowiderstands effekt aufweisen, sind durch ein Verfahren, wie zum Bei spiel Diffusion, in der Membran 20 in dem Monosilizium substrat 13 ausgebildet. Bereiche 22 einer hohen Störstel lenkonzentration zum Vorsehen eines ohmschen Kontakts mit den Widerständen 21 sind ebenso ausgebildet. Ausgenommen von Kontaktbereichen der Oberflächen dieser Bereiche 22 ei ner hohen Störstellenkonzentration ist ein Oxidfilm 23 als ein Isolationsfilm über der gesamten Oberfläche des Halb leitersubstrats 11 ausgebildet.

Aluminiumelektrodermuster 24 sind derart auf dem Oxid film 23 ausgebildet, daß sie die Widerstände 21 in der Form einer Brücke verbinden, und Verbindungsanschlußflächen 24a sind an den Enden dieser Elektrodenmuster 24 ausgebildet. Auf der gesamten Oberfläche, ausgenommen der Verbindungsan schlußflächen 24a, ist der gleiche Oxidfilm 19 wie der, der das zuvor erwähnte Abdichten bewirkt, als ein Schutzfilm angeordnet. Dieses Substrat 12 eines Halbleiterdrucksensors ist durch Verbindungsdrähte (nicht gezeigt) an den Verbin dungsanschlußflächen 24a mit einer äußeren Schaltung ver bunden. Dadurch wird eine Spannung von außen auf die Brüc kenschaltung eingeprägt, und ein Erfassungsausgangssignal wird nach außen abgegeben.

Wenn dieses Substrat 12 eines Halbleiterdrucksensors für eine Druckmessung einer Umgebung ausgesetzt wird, ver schiebt sich die Membran 20 entsprechend einer Belastung, die in ihr aufgrund der Differenz zwischen dem Druck, der von außen auf sie wirkt, und dem Druck innerhalb der Druck referenzkammer 16 entsteht. Folglich werden die Wider standswerte der Widerstände 21 durch einen Piezowider standseffekt geändert. Diese Änderung der widerstandswerte wird als ein Spannungssignal ausgegeben, und ein Erfas sungsausgangssignal, das dem Außendruck entspricht, wird dadurch erzielt.

In diesem Fall gibt es auch dann, da die Druckreferenz kammer 16 in einem Zustand nahe Vakuum vorgesehen worden ist, das heißt, sie enthält weitestgehend kein Gas, wenn ihre Temperatur schwankt, weitestgehend kein Schwanken des Drucks innerhalb der Druckreferenzkammer 16 entsprechend dieser Temperaturschwankung. Daher kann ein Druck richtig erfaßt werden, ohne daß eine Temperaturkompensationsschal tung oder dergleichen vorgesehen ist.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen dieses Substrats 12 eines Halbleiterdrucksensors unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6C beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Verfahrensflußdiagramm, das das Her stellungsverfahren im Umriß darstellt, und die folgende Be schreibung steht auf der Grundlage dieses Diagramms.

Zuerst wird bei einem Schritt P1 eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxidfilm 25 durch ein Verfahren, wie zum Bei spiel thermische Oxidation, auf der Oberfläche eines Mono siliziumsubstrats 13 ausgebildet, das ein erstes Substrat bildet (Fig. 4A). In diesem Fall beträgt die Filmdicke des Oxidfilms 25 zum Beispiel ungefähr 0,1 bis 1,0 µm. Dieser Oxidfilm 25 kann ebenso durch CVD bzw. chemische Dampfab scheidung oder dergleichen anstelle einer thermischen Oxi dation ausgebildet werden.

Dann wird bei einem Schritt P2 eines Ausbildens eines Verbindungslochs eine Öffnung 25a durch Photolithographie in dem Oxidfilm 25 auf dem Monosiliziumsubstrat 13 ausge bildet (Fig. 4B) und wird ein Kanal 13a, um ein Verbin dungsloch 17 auszubilden, durch Trockenätzen des freigeleg ten Teils des Monosiliziumsubstrats 13 unter Verwendung von Fluorionen oder dergleichen ausgebildet (Fig. 4C). Der Ka nal 13a wird mit einer derartigen Abmessung ausgebildet, daß zum Beispiel seine Öffnung 50 bis 1000 µm breit ist und seine Tiefe bis zu ungefähr 10 µm beträgt. Als das Ätzver fahren kann zum Beispiel ein Naßätzen unter Verwendung ei ner KOH (Kaliumhydroxid)-Flüssigkeit oder TMAH (wäßriges Tetraethylammonium) verwendet werden. Dann wird bei einem Schritt P3 eines Ausbildens einer Austiefung einer Druckre ferenzkammer eine Öffnung durch Photolithographie in dem Oxidfilm 25 ausgebildet und wird ein Teil des freigelegten Monosiliziumsubstrats 13 entfernt, um eine Austiefung 13b auszubilden, die als eine Druckreferenzkammer 16 verwendet wird (Fig. 4D). Die Tiefe der Austiefung 13b wird größer als die Tiefe des Kanals 13a gemacht.

Danach wird bei einem Schritt P4 eines Entfernens eines Oxidfilms der Oxidfilm 25, der auf der Oberfläche des Mo nosiliziumsubstrats 13 ausgebildet ist, durch Ätzen ent fernt. Der Grund, warum der Oxidfilm 29 wie hier entfernt wird, besteht darin, zu verhindern, daß bei einem folgenden Schritt P5 eines Schichtens Schichtungsdefekte auftreten, wenn es eine Wölbung in dem Monosiliziumsubstrat gibt.

Unterdessen wird bei einem Schritt P1a eines Ausbildens eines Oxidfilms getrennt ein Oxidfilm 14 auf der Oberfläche eines Basissiliziumsubstrats 15 ausgebildet, das als ein zweites Substrat dient (Fig. 5A).

Als nächstes werden bei einem Schritt PS eines Schich tens, nachdem eine Vorbehandlung auf dem Monosilizium substrat 13 und dem Basissiliziumsubstrat 15 ausgeführt worden ist, die Fläche des Monosiliziumsubstrats 13, in welcher die Austiefung 13b einer Druckreferenzkammer ausge bildet ist, und die Fläche des Basissiliziumsubstrats 15, auf welcher der Oxidfilm 14 ausgebildet ist, bei Atmosphä rendruck mit gutem Kontakt aufeinandergeschichtet (Fig. 5B) und wird dann eine Wärmebehandlung ausgeführt. Die Wärmebe handlungstemperatur liegt in dem Bereich von 800°C bis 1150°C und die Wärmebehandlungsdauer beträgt von einem Mi nimum von einer halben Stunde in dem Fall einer hohen Tem peratur bis zu einem Maximum von drei Stunden in einem Fall einer niedrigen Temperatur. Dadurch wird eine Druckrefe renzkammer 16 innerhalb des geschichteten Substrats ausge bildet. In diesem Zustand befindet sich das Innere der Druckreferenzkammer 16 immer noch bei Atmosphärendruck, da die Druckreferenzkammer 16 mit dem Äußeren verbunden ist.

Dann wird bei einem Schritt P6 eines Polierens die obere Fläche des Monosiliziumsubstrats 13 poliert und wird dadurch der Teil von ihm, der sich über der Austiefung 13b einer Druckreferenzkammer befindet, als eine Membran 20 ausgebildet (Fig. 5C). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dic kenabmessung, auf welche die Membran 20 durch das Polieren eingestellt wird, zum Beispiels 1 bis 10 µm. Vorzugsweise wird die Dicke der Membran 20 auf 5 µm oder weniger einge stellt. Da die Druckreferenzkammer 16 auch dann bei Atmo sphärendruck gehalten wird, wenn die Dicke des Monosili ziumsubstrats 13, das der Membran 12 entspricht, als Ergeb nis eines Polierens niedrig wird, verzerrt sich die Membran 20 nicht unter einem Differentialdruck und kann folglich auf eine gleichmäßige Dicke poliert werden.

Dann wird ein Schritt P7 eines Ausbildens von Vorrich tungen zum Ausbilden von Vorrichtungen ausgeführt, die zu lassen, daß das Substrat, das wie zuvor beschrieben ausge bildet ist, als ein Substrat 12 eines Halbleiterdrucksen sors dient. Genauer gesagt werden Widerstände 21, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, durch Einbringen von Störstellen unter Verwendung einer bekannten Technologie, wie zum Beispiel des Diffusionsverfahrens, in der Membran 20 ausgebildet und werden danach Bereiche 22 einer hohen Störstellenkonzentration in ohmschen Kontakt mit den Wider ständen 21 ausgebildet (Fig. 6A). Ebenso wird ein Oxidfilm 23 ausgebildet und werden Aluminiumelektrodenmuster 24, die mit den Bereichen 22 einer hohen Störstellenkonzentration in Verbindung stehen, auf diesem Oxidfilm 23 ausgebildet.

Dann wird bei einem Schritt P8 eines Ausbildens eines Abdichtlochs ein Abdichtloch 18 auf der oberen Fläche des Monosiliziumsubstrats 13 ausgebildet. Das heißt, eine Pho tolithographie wird auf der oberen, Fläche des Monosilizium substrats 13 ausgeführt, um die Siliziumfläche eines Teils freizulegen, an dem das Abdichtloch 18 auszubilden ist, und dann wird ein Ätzen ausgeführt, um sich abwärts zu dem Ver bindungsloch 17 zu graben und dadurch ein Abdichtloch 18 auszubilden (Fig. 6B).

Danach wird bei einem Schritt P9 eines Abdichtens, der einen Schritt eines Evakuierens bildet, ein Oxidfilm 19 über der gesamten oberen Oberfläche des Monosilizium substrats 13 in Vakuum ausgebildet (Fig. 6C). Als Ergebnis davon wird ebenso ein Oxidfilm 19 in dem Abdichtloch 18 ausgebildet und dichtet das Verbindungsloch 17 ab. Als Er gebnis befindet sich das Innere der Druckreferenzkammer 16 in einem Zustand nahe Vakuum. Der Druck innerhalb der Druckreferenzkammer 16 wird vorzugsweise zu unter zum Bei spiel ungefähr 100 Pa (Pascal) als der Pegel des Vakuumzu stands gemacht und wenn dieser auf einen noch niedrigeren Druck eingestellt wird, wird dies zu einer noch größeren Erfassungsgenauigkeit führen. Ein Siliziumnitridfilm oder dergleichen kann anstelle des Oxidfilms 19 ausgebildet wer den.

Schließlich werden bei einem Schritt P10 eines Freile gens einer Elektrodenanschlußfläche Öffnungen in dem Oxid film 19 auf einer Verbindungsanschlußfläche 24a der Elek trodenmuster 24 durch Photolithographie ausgebildet und wird ein Substrat 12 eines Halbleiterdrucksensors des Auf baus erzielt, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung kann, da der Schritt P9 eines Abdichtens, bei dem die Druckreferenzkammer 16 evakuiert wird, ausgeführt wird, nachdem die Membran 20 ausgebildet worden ist (nach dem Schritt P6 eines Polierens), eine Verzerrung der Membran 20 während eines Polierens aufgrund einer Druckdifferenz zwi schen dem Inneren und dem Äußeren der Druckreferenzkammer 16 verhindert werden. Deshalb ist es möglich, die Dicke der Membran 20 gleichmäßig und mit einer hohen Genauigkeit aus zubilden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung kann, da, wie es zuvor beschrieben worden ist, die Dicke der Membran 20 dünn gemacht werden kann, die Fläche der Membran 20 klein gemacht werden, ohne daß die Erfas sungsgenauigkeit abfällt, und kann die Vorrichtung dadurch kompakt gemacht werden.

Ebenso kann bei diesem Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung, da das Verbindungsloch 17 im voraus vor gesehen wird und der Druck innerhalb der Druckreferenzkam mer 16 bei einem Schritt P9 eines Abdichtens nach dem Schritt P7 eines Ausbildens von Vorrichtungen dadurch auf Vakuum verringert wird, daß das Verbindungsloch 18 in Va kuum abgedichtet wird, das Innere der Druckreferenzkammer 16 sicher evakuiert werden und kann ein Einstellen des Va kuumgrads zuverlässig ausgeführt werden.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 7 bis 12C zeigen das zweite Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung und unterschiedliche Punkte zwischen diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung und dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben. Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht und Fig. 8 zeigt eine Draufsicht eines Substrats 27 eines Halbleiterdrucksensors, das unter Ver wendung eines Halbleitersubstrats 26 ausgebildet ist.

Ein Basissiliziumsubstrat 30, das als ein zweites Halb leitersubstrat dient, ist mit einem sich dazwischen befin denden Oxidfilm 29 auf die Bodenfläche eines Monosilizium substrats 28 geschichtet, das als ein erstes Substrat dient. Eine Druckreferenzkammer 31, ist von dem Äußeren iso liert in einem Mittelteil der Bodenfläche des Monosiliziumsubstrats 28 ausgebildet, wobei ihr Inneres derart entgast worden ist, daß es sich in einem Zustand nahe Vakuum befin det. Ein Oxidfilm 31a, der bei dem Verfahren dieses Entga sens ausgebildet wird, wie es später näher beschrieben wird, ist auf Innenwandflächen der Druckreferenzkammer 31 vorhanden.

Eine Membran 32 einer vorbestimmten Dicke bildet die obere Wand der Druckreferenzkammer 31 aus. Diese Membran 32 ist derart auf eine Dicke eingestellt, daß sie sich ent sprechend einem Außendruck verschiebt. Vier Widerstände 33 und vier Bereiche 34 einer hohen Störstellenkonzentration sind in der Membran 32 ausgebildet. Ausgenommen von Kon taktbereichen dieser Bereiche 34 einer hohen Störstellen konzentration ist ein Oxidfilm 35, der als ein Isolations film dient, über der gesamten Oberfläche des Halbleiter substrats 26 ausgebildet. Aluminiumelektrodenmuster 36, die die vier Widerstände 33 in der Form einer Brücke verbinden, weisen Verbindungsanschlußflächen 36a auf, die an ihren En den ausgebildet sind. Ein Schutzoxidfilm 37 ist ausgenommen der Verbindungsanschlußflächen 36a über der gesamten Ober fläche angeordnet.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen dieses Substrats 27 eines Halbleiterdrucksensors unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 12C beschrieben. Zuerst wird bei ei nem Schritt T1 eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxid film 38 durch ein Verfahren, wie zum Beispiel thermische Oxidation, auf der Oberfläche eines Monosiliziumsubstrats 28, das ein erstes Substrat bildet, ausgebildet (siehe Fig. 10A). Dann wird bei einem Schritt T2 eines Ausbildens einer Austiefung einer Druckreferenzkammer eine Öffnung 38a in dem Oxidfilm 38 auf dem Monosiliziumsubstrat 28 ausgebildet (Fig. 10B) und wird ein Teil des freigelegten Monosilizium substrats 28 durch Ätzen entfernt, um eine Austiefung 28a auszubilden, die als eine Druckreferenzkammer 31 verwendet wird (Fig. 10C).

Danach wird bei einem Schritt T3 eines Entfernens eines Oxidfilms der Oxidfilm 38, der auf der Oberfläche des Mono siliziumsubstrats 28 ausgebildet ist, durch Ätzen entfernt (Fig. 10D). Der Grund, warum der Oxidfilm 38 wie hier ent fernt wird, besteht darin, zuzulassen, daß ein Entgasen des Inneren der Austiefung 28a, die als eine Druckreferenzkam mer 31 verwendet wird, bei einem nachfolgenden Schritt T6 eines Evakuierens wirkungsvoll ausgeführt wird, und zu ver hindern, daß Schichtungsdefekte aufgrund einer Wölbung des Monosiliziumsubstrats 28 auftreten.

Unterdessen wird bei einem Schritt T1a eines Ausbildens eines Oxidfilms getrennt ein Oxidfilm 29 auf der Oberfläche eines Basissiliziumsubstrats 30 ausgebildet, das ein zwei tes Substrat bildet (Fig. 11A).

Als nächstes werden bei einem Schritt T4 eines Schich tens das Monosiliziumsubstrat 28 und das Basissilizium substrat 30 jeweils vorbehandelt und werden dann bei Atmo sphärendruck mit gutem Kontakt aufeinandergeschichtet (Fig. 11B), worauf eine Wärmebehandlung ausgeführt wird. Die Wär mebehandlungstemperatur liegt in dem Bereich von 800°C bis 1150°C und die Wärmebehandlungsdauer beträgt von einem Mi nimum von einer halben Stunde bis zu einem Maximum von drei Stunden gemäß der Temperatur. Dadurch wird eine Druckrefe renzkammer 31 innerhalb des geschichteten Substrats ausge bildet. In diesem Zustand befindet sich das Innere der Druckreferenzkammer 31 immer noch bei Atmosphärendruck.

Dann wird bei einem Schritt T5 eines Polierens in die sem Zustand die obere Fläche des Monosiliziumsubstrats 28 poliert und wird dadurch der Teil, der sich über der Aus tiefung 28a einer Druckreferenzkammer befindet, als eine Membran 32 ausgebildet (Fig. 11C). Zu diesem Zeitpunkt be trägt die Dickenabmessung, auf weiche die Membran 32 durch das Polieren eingestellt wird, zum Beispiel ungefähr 1 bis 10 µm. Da die Druckreferenzkammer 31 auch dann bei Atmo sphärendruck gehalten wird, wenn die Dicke des Teils, der der Membran 32 entspricht, als Ergebnis eines Polierens niedrig geworden ist, verzerrt sich die Membran 32 nicht unter einem Differentialdruck und kann folglich auf eine gleichmäßige Dicke poliert werden.

Als nächstes wird ein Schritt T6 eines Ausbildens eines Oxidfilms als ein Schritt eines Evakuierens ausgeführt. Bei diesem Schritt T6 eines Ausbildens eines Oxidfilms wird eine Wärmebehandlung zum Beispiel bei einer Temperatur von 1150°C bis 1200°C und für eine Dauer von einer halben Stunde bis fünf Stunden ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt verbindet sich innerhalb der Druckreferenzkammer 31 ver bleibender Sauerstoff mit Silizium der Wände der Druckrefe renzkammer 31, um einen Oxidfilm 31a auszubilden, und wird dadurch aufgebraucht. Als Ergebnis fällt der Druck inner halb der Druckreferenzkammer 31 auf nahe Vakuum (Fig. 12A). Ebenso wird zu diesem Zeitpunkt ein Oxidfilm 39 auf ähnli che Weise auf der oberen Fläche des Monosiliziumsubstrats 28 ausgebildet.

Als nächstes wird bei einem Schritt T7 eines Entfernens eines Oberflächenoxidfilms der Oxidfilm 39, der in dem letzten Schritt ausgebildet worden ist, entfernt (Fig. 12B) und wird dann bei einem Schritt T8 eines Ausbildens eines Oxidfilms ein neuer Oxidfilm 40 ausgebildet (Fig. 12C) und wird dadurch ein Halbleitersubstrat 26 vervollständigt. Da nach werden auf die gleiche Weise, wie die, die zuvor be schrieben worden ist, um zuzulassen, daß das Substrat als ein Substrat 27 eines Halbleiterdrucksensors dient, Wider stände 33, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, und Bereiche 34 einer hohen Störstellenkonzentration zum Vorse hen eines ohmschen Kontakts mit den Widerständen 33 in der Membran 32 ausgebildet und werden Aluminiumelektrodenmuster 36 ausgebildet und ist dadurch das Substrat 27 eines Halb leiterdrucksensors, das in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, vervollständigt.

Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung ist, da das Innere der Druckreferenzkammer 31 dadurch evakuiert wird, daß eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, um einen Oxidfilm 31a auszubilden, und dadurch ver bleibender Sauerstoff innerhalb der Druckreferenzkammer 31 aufgebraucht wird, der Schritt einfach und kann die Druck referenzkammer 31 sicher evakuiert werden. Daher kann das Polieren bei dem Schritt eines Polierens derart ausgeführt werden, daß das Innere der Druckreferenzkammer 31 bei Atmo sphärendruck gehalten wird, und kann die Membran 32 mit einer genauen Dicke ausgebildet werden.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 13 bis 15D zeigen das dritte Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung und unterschiedliche Punkte von den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bestehen darin, daß ein Druckerfas sungssensorchip 41 aufgebaut wird, bei welchem zusätzlich zu Vorrichtungen zum Ausbilden einem Drucksensors ebenso eine integrierte Schaltung integriert ausgebildet ist, die als eine Signalverarbeitungsschaltung dient. Ebenso wird bei dem Herstellungsverfahren des Druckerfassungssensor chips 41 anders als bei den ersten und zweiten Ausführungs beispielen der vorliegenden Erfindung ein Schritt eines Schichtens in Vakuum ausgeführt, worauf eine Membran durch einen Schritt eines Polierens ausgebildet wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird, um das Auftreten von Problemen zu unterdrücken, die bezüglich dem Stand der Technik beschrieben worden sind, eine Dickenabmessung der Membran, die auszubilden ist, derart eingestellt, daß sie einen Bedingungsausdruck erfüllt, wie er später beschrieben wird.

Fig. 13 zeigt eine schematische Schnittansicht und Fig. 14 zeigt eine Draufsicht eines Halbleiterdrucksensorchips 41, welcher eine Halbleitervorrichtung ist.

Wie es in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist, ist ein Oxidfilm 43 zur Isolation auf einem Basissiliziumsubstrat 42 eines p-Typs ausgebildet, das als ein Trägersubstrat dient. Vorrichtungsausbildungsbereiche 44 und 45, die Halb leiterschichten sind, sind derart auf dem Basissilizium substrat 42 ausgebildet, daß sich der Oxidfilm 43 dazwi schen befindet. Der Vorrichtungsausbildungsbereich 44 ist als ein Bereich vorgesehen, in dem eine Drucksensorvorrich tung 46 auszubilden ist. Der Vorrichtungsausbildungsbereich 45 ist als ein Bereich vorgesehen, in dem eine integrierte Schaltung 47 auszubilden ist. Eine elektrische Isolation zwischen den Vorrichtungsausbildungsbereichen 44 und 45 wird durch einen Siliziumoxidfilm 48 erzielt, der als ein Polierstopper dient. Das heißt, eine Grabentrennstruktur wird durch den Siliziumoxidfilm 48 ausgebildet.

Jeder der Vorrichtungsausbildungsbereiche 44 und 45 be steht aus einem Monosiliziumfilm, der unter Verwendung ei nes Schichtungsverfahrens ausgebildet ist, wie es später beschrieben wird. Störstellen eines n-Typs sind in jeden der Monosiliziumfilme eingebracht. Der Monosiliziumfilm weist eine verhältnismäßig große Dicke von zum Beispiel mehreren Mikrometern bis 20 µm auf.

In einem Teil des Vorrichtungsausbildungsbereichs 44, welcher den Oxidfilm 43 kontaktiert, ist eine Austiefung 49 einer vorbestimmten Form bis zu einer vorbestimmten Tiefe durch Ätzen ausgebildet. Die Öffnung der Austiefung 49 wird von dem Oxidfilm 43 bedeckt, wodurch eine Druckreferenzkam mer 50 innerhalb des Vorrichtungsausbildungsbereichs 44 ausgebildet ist. Das Innere der Druckreferenzkammer 50 ist auf Vakuum oder einen vorbestimmten verringerten Druck ein gestellt und sieht auf eine Messung eines Drucks hin einen Referenzdruck vor, welcher nicht durch Temperaturänderungen beeinträchtigt wird.

Durch Ausbilden der Druckreferenzkammer 50 in dem Vor richtungsausbildungsbereich 44 dient ein Teil einer Schicht des n-Typs des Vorrichtungsausbildungsbereichs 44, der sich an der oberen Seite von ihm befindet, als eine Membran 51. In der Membran 51 sind vier Widerstandsbereiche 52 zur Druckerfassungsverwendung an einer Oberfläche von ihm an Positionen ausgebildet, die Seitenwänden der Druckreferenz kammer 50 entsprechen. Die Widerstandsbereiche 52 sind der art vorgesehen, daß, wenn die Membran 51 als Reaktion auf einen daran ausgeübten Druck verschoben wird, die Verschie bung der Membran 51 als Änderungen von Widerstandswerten aufgrund des Piezowiderstandseffekts erfaßt wird.

Ein Oxidfilm 53 ist auf der Oberfläche des Vorrich tungsausbildungsbereichs 44 ausgebildet. Öffnungen, die den Widerstandsbereichen 52 entsprechen, sind in dem Oxidfilm 53 ausgebildet und die Widerstandsbereiche 52 sind durch einen Aluminiumelektrodenfilm 54, der die Widerstandsberei che 52 durch die Öffnungen kontaktiert, derart verbunden, daß sie eine Brückenschaltung ausbilden.

In dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 ist eine inte grierte Schaltung 47 aus verschiedenen Arten von darin aus gebildeten Vorrichtungen aufgebaut. Zum Beispiel ist in Fig. 13 ein Bipolartransistor 55 ausgebildet. In diesem Bi polartransistor 55 sind ein Basisbereich 56 des P-Typs, ein Emitterbereich 57 des n-Typs und ein Kontaktbereich 58 des n-Typs in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 des n-Typs ausgebildet, der als ein Kollektorbereich dient. Öffnungen, die dem Basisbereich 56, dem Emitterbereich 57 und dem Kon taktbereich 58 entsprechen, sind in dem Oxidfilm 53 ausge bildet. Die Aluminiumelektrodenfilme 54 kontaktieren den Basisbereich 56, den Emitterbereich 57 bzw. den Kontaktbereich 58 durch die Öffnungen. Jeder der Aluminiumelektro denfilme 54 ist mit den anderen Schaltungsvorrichtungen verbunden. Es ist anzumerken, daß, obgleich es in der Dar stellung nicht gezeigt ist, verschiedene Arten von Schal tungsvorrichtungen, wie zum Beispiel MOSFETs bzw. Metall oxidhalbleiterfeldeffekttransistoren, Dioden und Wider stände, in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 ausgebil det sind, wodurch die integrierte Schaltung 47 gebildet ist.

Der Umfang der integrierten Schaltung 47 ist, wie es zuvor beschrieben worden ist, durch den Siliziumoxidfilm 48 eingefaßt, der sowohl eine Grabentrennstruktur ausbildet als auch als ein Polierstopper dient, wodurch die inte grierte Schaltung 47 von dem Drucksensor 46 abgesondert und isoliert ist. Weiterhin ist ein Schutzfilm 59 auf einer ge samten Oberfläche des Sensorchips 41 zur Druckerfassung, ausgenommen von Verbindungsanschlußflächen, ausgebildet, die in der Darstellung nicht gezeigt sind.

Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau ist die Dicke H (mm) der Membran 51 derart eingestellt, daß sie die Bedingungen erfüllt, die auf eine Weise ableitbar sind, wie sie nach stehend beschrieben wird.

Eine Formel, die in einem Fall eines Berechnens einer Biegungshöhe einer Platte, deren Umfang befestigt ist, die durch einen Druck verursacht wird, der daran ausgeübt wird, definiert ist, ist durch den folgenden Ausdruck (A) ge zeigt:

W = α × (P × L⁴)/(E × H³) (A)

Dabei ist W (mm) ein Maximalwert einer Biegungshöhe, ist H (mm) eine Dickenabmessung der Platte, ist P (kgf/mm²) ein, Druck, der an der Platte ausgeübt wird, ist E (kgf/mm²) ein Elastizitätsmodul der platte und ist α ein Koeffizient, der sich aus der Ebenenform der Platte ergibt.

Wenn die Formel (A) an dem Drucksensor 46 des vorlie genden Ausführungsbeispiels angewendet wird, ist, da die Ebenenform der Membran 51 ein Quadrat ist, deren Seitenlän genabmessung L (mm) ist, der Wert von α in der Formel (A) als 0,014 gegeben. Deshalb kann die vorhergehende Formel (A) wie folgt geschrieben werden:

W = 0,014 × (P × L⁴)/(E × H³) (B)

Ein Druck P (kgf/mm²), der von der Membran 51 aufgenom men wird, ist als ein Wert gegeben, der durch Subtrahieren eines Referenzdrucks Ps in der Druckreferenzkammer 50 (ein verringerter Druck oder Vakuum) von einem Druck Po erzielt wird, der auf eine Druckaufnahmefläche der Membran 51 wirkt. Wenn der Referenzdruck zum Beispiel Vakuum ist, das heißt, der Referenzdruck Ps beträgt 0 (kgf/mm²), wird der Druck P gleich dem Druck Po. Deshalb beträgt unter der An nahme, daß der Druck P, der von der Membran 51 aufgenommen wird, in einem normalen Zustand Luftdruck ist, der Druck P 1,033 × 10^-2 kgf/mm². Da die Membran 51 aus monokristalli nem Silizium besteht, beträgt der Elastizitätsmodul E wei terhin 17000 kgf/mm.

Wenn der Maximalwert der Biegungshöhe W kleiner als die Dickenabmessung H der Membran 51 ist, beeinträchtigt die Biegung der Membran nicht nachteilig die Messung eines Drucks, die von dem Drucksensor 46 ausgeführt wird. Das heißt, es ist für den Drucksensor 46 ausreichend, daß er die folgende Bedingungsgleichung (C) erfüllt:

W = 0,014 × (P × L⁴)/(E × H³)< H (C)

Wenn die spezifischen Werte des Drucks P und des Ela stizitätsmoduls E in die Bedingungsgleichung (C) eingesetzt werden, kann eine Bedingung bezüglich eines Verhältnisses der Seitenlängenabmessung L zu der Dickenabmessung H in der Membran 51 wie folgt erzielt werden:

(L/H) < 104 (D)

Anders ausgedrückt, wenn die Dickenabmessung H der Mem bran gegenüber der Seitenlängenabmessung L von ihr einge stellt ist, um die Bedingungsgleichung (D) zu erfüllen, kann der Maximalwert der Biegungshöhe W unter die Dickenab messung H beschränkt werden. In diesem Fall ist zum Bei spiel, wenn die Dickenabmessung H der Membran 51 auf unge fähr 2 µm eingestellt ist, die Seitenlängenabmessung L auf einen Wert kleiner als 208 µm eingestellt.

Als nächstes wird das Herstellungsverfahren des Sensor chips 41 zur Druckerfassungsverwendung unter Bezugnahme auf Querschnittsansichten, die jeweilige Verfahrensschritte darstellen, in den Fig. 15A bis 15D und 16A bis 16C be schrieben.

In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird als ein Substrat für Halbleiterschichten ein Mo nosiliziumsubstrat 60 angewendet, in welches Störstellen des n-Typs eingebracht worden sind, wie es in Fig. 15A ge zeigt ist. Zuerst werden bei einem Schritt zum Ausbilden eines Grabens Gräben 61 bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Oberflächenabschnitt des Monosiliziumsubstrats 60 aus gebildet, um darin Oxidfilme 48 auszubilden, welche vorge sehen sind, um den Vorrichtungsausbildungsbereich 44 von dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 zu isolieren. Der Si liziumoxidfilm 48 in dem Graben 61 dient nicht nur dazu, die Drucksensorvorrichtung 46 von der integrierten Schal tung 47 abzusondern und zu isolieren, sondern dient ebenso als ein Polierstopper bei einem Schritt eines Polierens, der ausgeführt wird, wenn die Membran 51 ausgebildet wird.

Genauer gesagt wird bei dem Schritt eines Ausbildens eines Grabens ein Oxidfilm, wie zum Beispiel ein durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung ausgebildeter Tetraethylorthosilikat-(PECVD-TEOS)-Film mit einer vorbe stimmten Filmdicke abgeschieden. Der Oxidfilm dient als eine Maske zum Ätzen. Als nächstes werden Teile des Oxid films, die den Positionen entsprechen, an welchen die Grä ben 61 auszubilden sind, durch ein Photolithographieverfah ren entfernt. Danach wird ein anisotropes Ätzen durch ein Verfahren, wie zum Beispiel Trockenätzen, ausgeführt. Auf grund dieses anisotropen Ätzens wird der Oxidfilm, der aus dem PECVD-TEOS-Film besteht, und Silizium weggeätzt, um die Gräben 61 auszubilden.

Als nächstes wird bei einem Schritt eines Ausbildens eines Oxidfilms der Siliziumoxidfilm 48 auf den inneren Oberflächen der Gräben 61 ausgebildet und wird ein Silizi umoxidfilm 62 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 ausgebildet. Im Detail werden die Siliziumoxidfilme 48 und 62 durch ein thermisches Oxidationsverfahren, wie zum Bei spiel ein Niederdruck-Hochtemperatur-Oxid-(LP-HTO)-Verfah ren ausgebildet, wodurch die Oberfläche des Halbleiter substrats 60 abgeflacht wird. Darauffolgend wird eine Öff nung in dem Oxidfilm 62 durch Entfernen des Oxidfilms 62 in einem Bereich, in dem die Druckreferenzkammer 50 auszubil den ist, ausgebildet. Ein Bereich 63 des p-Typs wird durch ein Einbringen von Störstellen des p-Typs bis zu einer vor bestimmten Tiefe in das Halbleitersubstrat 60 durch die Öffnung ausgebildet (Fig. 15B).

Nachfolgend wird in einem Schritt eines Ausbildens ei ner Austiefung der Bereich 63 des p-Typs selektiv geätzt und dadurch entfernt (Fig. 15C). Als ein Verfahren zum se lektiven Ätzen lediglich des Bereichs 63 des p-Typs gibt es ein elektromechanisches Stoppätzen, bei welchem das Substrat in ein Ätzmittel eingetaucht wird, während der PN-Übergang darin in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird. Gemäß diesem Ätzverfahren fließt, wenn der ganze Bereich 63 des P-Typs weggeätzt ist, Strom aufgrund des Verschwindens des PN-Übergangs, wodurch ein Anodenoxidfilm auf der geätzten Oberfläche ausgebildet wird. Wenn sich die zu ätzende Sili ziumschicht zu dem Anodenoxidfilm wandelt, wird, da die Si liziumschicht nicht freigelegt ist, das Ätzen gestoppt. Als Ergebnis ist es möglich, eine Austiefung 49 nach Entfernen des Bereichs 63 des p-Typs aufgrund des vorhergehenden Ätz verfahrens auszubilden.

Es ist anzumerken, daß die Austiefung 49 für die Druck referenzkammer 50 durch Ätzen des Halbleitersubstrats bis zu einer vorbestimmten Tiefe unter Verwendung eines norma len Trockenätzens oder dergleichen, zusätzlich zu einer Verwendung des elektromechanischen Stoppätzens ausgebildet werden kann.

Auf einer Oberfläche eines Basissiliziumsubstrats 42, das aus monokristallinem Silizium besteht, welches als ein Trägersubstrat verwendet wird, wird bei einem Schritt eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxidfilm 43 einer vorbe stimmten Dicke durch ein Verfahren, wie zum Beispiel ther mische Oxidation, ausgebildet (Fig. 15D). Dieser Oxidfilm 43 dient als ein Isolationsfilm an den Vorrichtungsausbil dungsbereichen 44 und 45, wie es zuvor beschrieben worden ist.

Als nächstes werden bei einem Schritt eines Schichtens, nachdem eine vorbestimmte Vorbehandlung sowohl an dem Ba sissiliziumsubstrat 42 als auch an dem Halbleitersubstrat 60 ausgeführt worden ist, um ihre Oberflächen in einen Zu stand zu wandeln, der für ein Schichten geeignet ist, die Fläche des Basissiliziumsubstrats 42, an welcher der Oxid film 43 ausgebildet worden ist, und die Fläche des Halblei tersubstrats 60, an welcher die Austiefung 49 ausgebildet worden ist, in einer Atmosphäre eines verringerten Drucks (Vakuum) aufeinandergeschichtet (Fig. 16A). Danach wird eine Verbindungsstärke der geschichteten Flächen aufgrund einer Wärmebehandlung erhöht.

Bei einem Schritt eines Polierens wird ein Polieren von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 60 ausge führt, wodurch die Schicht des n-Typs, die sich über der Druckreferenzkammer 50 befindet, als die Membran 51 ausge bildet wird (Fig. 16B). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dickenabmessung der Membran 51, die durch das Polieren ein gestellt wird, zum Beispiel von 1 µm bis 10 µm, die die zu vor erwähnten Bedingungen erfüllt. Daher kann auch dann, wenn die Dicke der Membran 51 aufgrund eines Polierens dünn gemacht wird, da ein Maximalwert W einer Biegungshöhe der Membran 51, die durch eine Druckdifferenz P verursacht wird, nicht größer als die Dickenabmessung H der Membran 51 ist, die Membran 51 auf eine nahezu gleichmäßige Dicke po liert werden.

Danach wird ein Schritt eines Ausbildens von Vorrich tungen ausgeführt, um Vorrichtungen auszubilden, die als der Drucksensorchip 41 betreibbar sind. Das heißt, Wider stände 52, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, wer den in der Membran 51 durch Einbringen von Störstellen in sie mit einem bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Diffu sion, ausgebildet. Ebenso werden der Basisbereich 56, der Emitterbereich 57 und der Kontaktbereich 58 zum Ausbilden des Bipolartransistors 55 als ein Teil der integrierten Schaltung 47 in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 aus gebildet (Fig. 16C).

Schließlich werden bei einem Schritt eines Ausbildens einer Elektrodenanschlußflächenöffnung Öffnungen in einem Oxidfilm 53 durch ein Photolithographieverfahren ausgebil det. Die Öffnungen werden an Positionen ausgebildet, an de nen Verbindungsanschlußflächen von Aluminiumelektroden 54 abzuscheiden sind. Als Ergebnis kann der Sensorchip 51 ver vollständigt werden, wie er in den Fig. 13 und 14 ge zeigt ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung kann, da die Dickenabmessung H der Membran 51 auch in einem Fall, in dem die Druckreferenzkammer 50 durch Schichten des Basissiliziumsubstrats 42 und des Halbleiter substrats 60 in einer Vakuumatmosphäre ausgebildet wird und ein Schritt eines Polierens an dem Halbleitersubstrat 60 ausgeführt wird, um die Membran 51 auszubilden, derart ein gestellt wird, daß sie die Bedingungen erfüllt, die durch die Gleichung (D) gezeigt sind, die Biegungshöhe der Mem bran 51 im Verlauf eines Polierens unterdrückt werden. Des halb kann das Herstellen einer ungleichmäßigen Dicke, die durch die Verformung der Membran 51 verursacht wird, ver hindert werden.

Ebenso kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da die Drucksensorvorrichtung 46 und die integrierte Schal tung 47 integriert in dem Sensorchip 41 zur Druckerfas sungsverwendung vorgesehen sind, das Signal, nachdem das Erfassungssignal der Drucksensorvorrichtung 46 einer vorbe stimmten Signalverarbeitung unterzogen worden ist, als ein Ausgangssignal erzeugt werden.

Im allgemeinen ist eine bestimmte Tiefe eines Halblei terbereichs notwendig, welche größer als die Dickenabmes sung H der Membran 51 in einer normalen Drucksensorvorrich tung 46 ist, um die Vorrichtungen der integrierten Schal tung 47 auszubilden. In dem vorliegenden Ausführungsbei spiel ist es, da die Druckreferenzkammer 50 durch Ausbilden der Austiefung 49 in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 44 vorgesehen ist, möglich, eine ausreichende Dicke eines Halbleiterbereichs in dem Vorrichtungsausbildungsbereich 45 sicherzustellen, in welchem die integrierte Schaltung 47 ausgebildet ist. Deshalb kann eine Flexibilität eines Ent wurfs, um die integrierte Schaltung 47 auszubilden, erhöht werden.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 17 und 18A bis 18D zeigen das vierte Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Halblei terdrucksensorchip 64 des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist darin, daß eine diskrete Vor richtungsstruktur angewendet wird, das heißt, eine inte grierte Schaltung 47 ist nicht ausgebildet, sondern ledig lich eine Drucksensorvorrichtung 46 ist in dem Chip ausge bildet, und darin, daß eine Austiefung für eine Druckrefe renzkammer nicht durch Ätzen von Silizium eines Halbleiter substrats ausgebildet ist, zu dem Drucksensorchip des drit ten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter schiedlich.

Bei dem Halbleiterdrucksensorchip 64 ist ein Oxidfilm 66, der eine vorbestimmte Filmdicke aufweist, zum Ausbilden einer Druckreferenzkammer auf einem Basissiliziumsubstrat 65 des p-Typs ausgebildet, das als ein Trägersubstrat dient. Das heißt, eine Druckreferenzkammer 67 ist durch Ausbilden einer Öffnung eines Quadrats in dem Oxidfilm 66 ausgebildet. Auf der Druckreferenzkammer 67 ist eine Mem bran 68 vorgesehen. Die Membran 68 besteht aus monokri stallinem Silizium und weist eine vorbestimmte Dickenabmes sung H auf. Ein Oxidfilm 69, der eine Grabenstruktur auf dem Basissiliziumsubstrat 65 aufbaut, ist derart ausgebil det, daß er die Membran 68 einfaßt.

In der Membran 68 sind vier Widerstandsbereiche 70 für eine Druckerfassungsverwendung an einer Oberfläche von ihr an Positionen ausgebildet, die Endabschnitten der Druckre ferenzkammer 67 entsprechen. Die Widerstandsbereiche 70 sind derart vorgesehen, daß, wenn die Membran 68 als Reak tion auf einen Druck, der daran ausgeübt wird, verschoben wird, die Verschiebung der Membran 68 als Änderungen von Widerstandswerten aufgrund des Piezowiderstandseffekts er faßt wird. Ein Oxidfilm 71 ist auf der Oberfläche der Mem bran 68 ausgebildet. Öffnungen, die den Widerstandsberei chen 70 entsprechen, sind in dem Oxidfilm 71 ausgebildet, und die Widerstandsbereiche 70 sind durch einen Aluminium elektrodenfilm 72, der die Widerstandsbereiche 52 durch die Öffnungen kontaktiert, derart verbunden, daß sie eine Brüc kenschaltung ausbilden. Weiterhin ist ein Schutzfilm 73 auf einer gesamten Oberfläche des Halbleiterdrucksensorchips 64, ausgenommen von Verbindungsanschlußflächen, die in der Darstellung nicht gezeigt sind, ausgebildet.

Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau ist die Dicke h (mm) der Membran 68 derart eingestellt, daß sie die gleichen Be dingungen wie in dem dritten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung erfüllt. Das heißt, die Formel (B) kann auf der Grundlage der Form der Membran 68 aus der Formel (A) erzielt werden und der Maximalwert W einer Biegungshöhe der Membran 68 kann unter Verwendung der Formel (B) berech net werden. Als Bedingung, daß der Biegungshöhenmaximalwert W kleiner als die Dickenabmessung H der Membran 68 ist, kann die Bedingungsgleichung (C) verwendet werden. Als Er gebnis werden die Bedingungen bezüglich der Dickenabmessung H der Membran 68 erzielt, wie sie ihn der Gleichung (D) ge zeigt sind.

Wenn die Dickenabmessung H der Membran 68 gegenüber der Seitenlängenabmessung L von ihr eingestellt ist, um die Be dingungsgleichung (D) zu erfüllen, kann der Maximalwert der Biegungshöhe W unter die Dickenabmessung H beschränkt wer den. In diesem Fall wird zum Beispiel, wenn die Dickenab messung H der Membran 68 auf ungefähr 2 µm eingestellt ist, die Seitenlängenabmessung L auf einen Wert kleiner als 208 µm eingestellt.

Als nächstes wird das Herstellungsverfahren des Druck sensorchips 64 unter Bezugnahme auf die Fig. 18A bis 18D beschrieben.

In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird als ein Substrat für Halbleiterschichten ein Mo nosiliziumsubstrat 74 angewendet, in welches Störstellen des n-Typs eingebracht worden sind, wie es in Fig. 18A ge zeigt ist. Zuerst werden bei einem Schritt eines Ausbildens eines Grabens Gräben 75 bis zu einer vorbestimmten Tiefe in dem Oberflächenabschnitt des Monosiliziumsubstrats 74 aus gebildet, um Siliziumoxidfilme 69 darin auszubilden, welche entsprechend einem Bereich vorgesehen sind, in welchem die Membran 68 auszubilden ist. Der Siliziumoxidfilm 69 in dem Graben 75 dient als ein Polierstopper in einem Schritt ei nes Polierens, der ausgeführt wird, wenn die Membran 51 ausgebildet wird.

Als nächstes wird auf einer Oberfläche eines Basissili ziumsubstrats 65, das aus monokristallinem Silizium be steht, welches als ein Trägersubstrat verwendet wird, bei einem Schritt eines Ausbildens eines Oxidfilms ein Oxidfilm 66 einer vorbestimmten Dicke durch ein Verfahren, wie zum Beispiel thermische Oxidation, ausgebildet (Fig. 18E).

In diesem Oxidfilm 66 wird eine Öffnung 66a einer Qua dratform an einer Position, die der Druckreferenzkammer 67 entspricht, durch ein Photolithographieverfahren ausgebil det.

Als nächstes werden bei einem Schritt eines Schichtens, nachdem eine vorbestimmte Vorbehandlung an sowohl dem Ba sissiliziumsubstrat 65 als auch dem Halbleitersubstrat 74 ausgeführt worden ist, um die Oberflächen von ihnen in ei nen Zustand zu wandeln, der für ein Schichten geeignet ist, die Fläche des Basissiliziumsubstrats 65, an welcher der Oxidfilm 66 ausgebildet worden ist, und die Fläche des Halbleitersubstrats 74, an welcher die Gräben 75 ausgebil det worden sind, in einer Vakuumatmosphäre aufeinanderge schichtet (Fig. 18C). Danach wird eine Verbindungsstärke der geschichteten Flächen aufgrund einer Wärmebehandlung erhöht. Als Ergebnis wird ein Raum, der gleich der Dicken abmessung des Oxidfilms 66 ist, an der Öffnung 66a des Oxidfilms 66 ausgebildet und wird als die Druckreferenzkam mer 67 verwendet.

Bei einem Schritt eines Polierens wird ein Polieren von der oberen Oberfläche des Monosiliziumsubstrats 74 ausge führt, wodurch die Schicht des n-Typs, die sich über der Druckreferenzkammer 67 befindet, als die Membran 68 ausge bildet wird (Fig. 18D). Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dickenabmessung der Membran 68, die durch ein Polieren ein gestellt wird, zum Beispiel von 1 µm bis 10 µm, die die zu vor erwähnten Bedingungen erfüllt. Deshalb kann auch dann, wenn die Dicke der Membran 68 aufgrund eines Polierens dünn gemacht wird, da ein Maximalwert W einer Biegungshöhe der Membran 68, die durch eine Druckdifferenz P verursacht wird, nicht größer als die Dickenabmessung H der Membran 68 ist, die Membran 68 auf eine nahezu gleichmäßige Dicke po liert werden.

Danach wird ein Schritt eines Ausbildens von Vorrich tungen ausgeführt, um Vorrichtungen auszubilden, die als der Drucksensorchip 64 betreibbar sind. Das heißt, Wider stände 70, die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, wer den in der Membran 68 durch Einbringen von Störstellen in sie mit einem bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Diffu sion, ausgebildet. Ebenso werden bei einem Schritt eines Ausbildens einer Elektrodenanschlußflächenöffnung Öffnungen in einem Oxidfilm 71 durch ein Photolithographieverfahren ausgebildet. Die Öffnungen werden an Positionen ausgebil det, an denen Verbindungsanschlußflächen von Aluminiumelek troden 72 abzuscheiden sind. Als Ergebnis kann der Sensor chip 64 vervollständigt werden, wie er in Fig. 17 gezeigt ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung kann, da die Dickenabmessung H der Membran 68 auch in einem Fall, in dem die Druckreferenzkammer 67 durch Schichten des Basissiliziumsubstrats 65 und des Halbleiter substrats 74 in einer Vakuumatmosphäre ausgebildet ist, und ein Schritt eines Polierens an dem Halbleitersubstrat 74 ausgeführt wird, um die Membran 68 auszubilden, derart ein gestellt wird, daß sie die Bedingungen erfüllt, die durch die Gleichung (D) gezeigt sind, die Biegungshöhe der Mem bran 68 im Verlauf eines Polierens unterdrückt werden. Des halb kann die Membran 68 ohne irgendwelche Hindernisse be züglich einer Vorrichtungsausbildung und Druckmessung ver arbeitet werden.

Ebenso ist es in diesem Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung, da die Druckreferenzkammer 67 durch die Öffnung 66a ausgebildet wird, die in dem Oxidfilm 66 vorge sehen ist, nicht notwendig, eine Austiefung, die als eine Druckreferenzkammer verwendet wird, in einem getrennten Schritt auszubilden. Deshalb ist es möglich, das Herstel lungsverfahren des Drucksensorchips 64 zu vereinfachen.

Der Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in den vor liegenden Ausführungsbeispielen dargestellt ist, die zuvor beschrieben worden sind, ist nicht auf diese Ausführungs beispiele beschränkt, und zum Beispiel sind die folgenden Änderungen und Erweiterungen möglich.

Der Biegungsgrad der Membran, von dem erwartet wird, daß er während des Schritts eines Polierens auftritt, hängt nicht nur von der Dickenabmessung der Membran ab, sondern hängt ebenso von ihrer Fläche ab. Zum Beispiel wird auch dann, wenn die Membran verhältnismäßig dick ist, wenn ihre Fläche groß ist, die Biegungshöhe groß, die durch die Druckdifferenz über der Membran verursacht wird. Deshalb können in der vorliegenden Erfindung ebenso, nicht nur in dem Fall der Dicke der Membranen 20 und 32, die in den er sten und zweiten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er findung gezeigt sind, sondern ebenso, wenn die Membran dic ker als diese Dicke gemacht, wenn die Fläche der Membran groß ist, die nützlichen Effekte der vorliegenden Erfindung einfach erzielt werden.

Obgleich die ersten und zweiten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, in denen ein Monosilizium substrat 13, 28 als das erste Substrat verwendet wird, und Widerstände 21, 33, die einen Piezowiderstandseffekt ver wenden, in der Membran 20, 32 ausgebildet sind, beschrieben worden sind, kann in Fällen, in denen ein Monosilizium substrat nicht notwendig ist, ein Substrat auf der Grund lage von polykristallinem oder amorphem Silizium verwendet werden oder kann ein Substrat verwendet werden, das aus ei nem anderen Material als Silizium besteht.

Obgleich ein Basissiliziumsubstrat 15, 30 als das zweite Substrat verwendet worden ist, muß dieses kein Mo nosiliziumsubstrat sein und kann zum Beispiel ein Substrat, das aus einer Hartkeramik oder dergleichen besteht, welches mit dem ersten Substrat geschichtet werden kann, ebenso verwendet werden.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung ist, um das Innere der Druckreferenzkammer 31 zu evakuieren, Sauerstoff innerhalb der Druckreferenzkammer 31 aufgebraucht worden und ist ein Oxidfilm 31a ausgebildet worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann zum Beispiel der Schritt eines Schich tens ausgeführt werden, wobei das Innere der Druckreferenz kammer mit Stickstoff gefüllt ist und die Kammer dann da durch evakuiert wird, daß dieser Stickstoff aufgebraucht wird und ein Nitritfilm ausgebildet wird, oder kann das Gas innerhalb der Kammer durch ein anderes Verfahren aufge braucht werden, um die Kammer zu evakuieren.

In den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen der vor liegenden Erfindung ist die Form der Membran ein Quadrat gewesen, von dem eine Seite ein Länge L aufweist. Jedoch kann die Form der Membran ein Rechteck oder ein Kreis sein, wobei sie nicht auf ein Quadrat beschränkt ist, vorausge setzt, daß das Herstellungsverfahren nicht erschwert wird und solange es keine Beschränkung bezüglich einer Signal verarbeitung an einem gemessenen Ergebnis oder bezüglich der Struktur der Membran gibt. Das heißt, da die Membran über der Druckreferenzkammer ausgebildet ist, weist die Form der Membran eine nahe Beziehung zu der Ebenenform der Druckreferenzkammer auf. Deshalb kann, wenn es kein Problem bei dem Verfahren zum Ausbilden der Druckreferenzkammer gibt, die Membran, die eine Form eines Rechtecks oder eines Kreises aufweist, angewendet werden. Wenn jedoch eine Aus tiefung zum Ausbilden der Druckreferenzkammer wie in dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht ausgebildet wird, ist es einfach, eine Membran aus zu bilden, die eine Form eines Rechtecks oder eines Kreises aufweist.

Wenn die Form der Membran kreisförmig gemacht wird, sind die Bedingungsgleichungen, die in den dritten und vierten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erklärt worden sind, wie folgt abgeändert.

Als erstes ist die Formel (A), wenn die Ebenenform der Membran ein Kreis ist, der einen Radius R aufweist, die gleiche, wie sie zuvor erklärt worden ist, ausgenommen für den Wert von α.

W = α×(P × R⁴)/(E × H³) (A')

In diesem Fall kann, da der Wert von α als 0,171 gege ben ist, die Formel (B) wie folgt ausgedrückt werden.

W = 0,171 × (P × R⁴)/(E × H³) (B')

Hinsichtlich der Bedingungen, daß der Maximalwert der Biegungshöhe W kleiner als die Dickenabmessung H der Mem bran ist, kann die folgende Bedingungsgleichung (C') er zielt werden.

W = 0,171 × (P×R⁴)/(E × H³) < H (C')

Wenn die spezifischen Werte des Drucks P und des Ela stizitätsmoduls E in die Bedingungsgleichung (C') einge setzt werden, kann eine Bedingung bezüglich eines Verhält nisses des Radius R zu der Dickenabmessung H in der Membran wie folgt erzielt werden.

(R/H) < 56 (D')

Anders ausgedrückt, wenn die Dickenabmessung H der Mem bran gegenüber dem Radius R von ihr eingestellt ist, um die Bedingungsgleichung (D') zu erfüllen, kann der Maximalwert der Biegungshöhe W unter die Dickenabmessung beschränkt werden.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 19A bis 19H beschrieben. Als erstes weist ein Substrat 111 eines Halb leiterdrucksensors, das durch das Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin 18864 00070 552 001000280000000200012000285911875300040 0002019826317 00004 18745dung er zielt wird, wie es in Fig. 19H gezeigt ist, eine aktive Schicht 113 zur Vorrichtungsausbildung, die aus monokri stallinem Silizium besteht, auf einem Trägersubstrat (zweiten Trägersubstrat) 112 auf, das zum Beispiel aus ei nem Siliziumsubstrat (Siliziumwafer) des p-Typs besteht, wobei sich ein Isolationsfilm 112a, der aus einem Silizium oxidfilm besteht, dazwischen befindet.

Eine dünne Membran 114 ist in der Oberflächenseite der aktiven Schicht 113 vorgesehen und auf der Innenseite von dieser ist eine abgedichtete Druckreferenzkammer 115 vorge sehen, die zu einem Zustand nahe Vakuum gebracht worden ist. Ebenso ist in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 eine Mehrzahl von piezoelektrischen Widerständen 116 ausge bildet, die sich an der Oberfläche der Membran 114 befin den. Eine integrierte Schaltung 117 zur Signalverarbeitung ist an einer Seite der Membran 114 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke der aktiven Schicht 113 zum Beispiel 15 µm und be trägt die Dicke der Membran 114 zum Beispiel 2 µm.

Ein Verfahren zum Herstellen dieses Substrats 111 eines Halbleiterdrucksensors wird nun beschrieben.

Die Fig. 19A bis 19H zeigen schematisch Schritte ei nes Verfahrens zum Herstellen eines Substrats 111 eines Halbleiterdrucksensors, die dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betreffen.

Zuerst wird, wie es in Fig. 19A gezeigt ist, ein Schritt eines Ausbildens einer aktiven Schicht 113, die aus monokristallinem Silizium besteht, auf einem ersten Träger substrat 118, das aus einem Siliziumsubstrat des p-Typs be steht, durch epitaktisches Wachstum des n-Typs ausgeführt. Dadurch, daß die aktive Schicht 113 bis zu einer vorbe stimmten Dicke (zum Beispiel 15 µm) ausgebildet wird, wird die aktive Schicht 113, die einen PN-Übergang mit dem er sten Trägersubstrat 118 bildet, auf dem ersten Träger substrat 118 erzielt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Ebenen ausrichtung der aktiven Schicht 113 (100) oder (110) sein, aber unter Berücksichtigung der Eigenschaften eines aniso tropen Ätzens, das später beim Ausbilden einer Austiefung ausgeführt wird, ist es von Vorteil, daß die Ebenenausrich tung (100) ist.

Zu diesem Zeitpunkt wird eine Ausrichtungsmarkierung 119 im voraus an einer vorbestimmten Position auf dem er sten Trägersubstrat 118 ausgebildet. Da die aktive Schicht 113 auf der oberen Fläche des ersten Trägersubstrats 118 mit einer gleichmäßigen Dicke ausgebildet wird, wird eine hervorstehende Markierung 113a in der Übergangsfläche (in den Figuren die untere Fläche) der aktiven Schicht 113 aus gebildet und wird eine entsprechend vertiefte ausgetiefte Markierung 113b in ihrem Oberflächenteil (in den Figuren ihrer oberen Fläche) ausgebildet. Wie es später weiter be schrieben wird, dienen die hervorstehende Markierung 113a und die ausgetiefte Markierung 113b als Ausrichtungsmarkie rungen.

Als nächstes wird ein Schritt eines Ausbildens einer Austiefung zum Ausbilden einer Austiefung 120, die eine Druckreferenzkammer 115 wird, in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 auf dem ersten Trägersubstrat 118 durch Ätzen ausgeführt. Bei diesem Schritt eines Ausbildens einer Aus tiefung wird zuerst, wie es in Fig. 19B gezeigt ist, eine Maske (zum Beispiel ein SiN-Film) auf die Oberfläche der aktiven Schicht 113 abgeschieden und gemustert, um eine Maske 121 auszubilden, die eine Öffnung über einem zu ätzenden Teil (dem Austiefungsausbildungsbereich) aufweist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Austiefungsausbildungsposition auf der Grundlage der ausgetieften Markierung 113b be stimmt, die in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 aus gebildet ist.

Dann wird, wie es in Fig. 19C gezeigt ist, zum Beispiel durch Naßätzen eine Austiefung 120 in der aktiven Schicht 113 ausgebildet. In diesem Fall wird eine alkalische Ätz flüssigkeit, wie zum Beispiel KOH, die eine große Ätzselek tivität bezüglich der Maske 121 aufweist, verwendet. Alter nativ kann, wenn es ein Risiko einer Verunreinigung von Oberflächenschaltungen oder einer Herstellungsvorrichtung gibt, TMAH oder dergleichen als die Ätzflüssigkeit verwen det werden. Wenn bezüglich der Dicke von 15 µm der aktiven Schicht 113 die Dicke der Membran 114 2 µm betragen soll, wird diese Austiefung 120 bis zu einer Tiefe von 13 µm aus gebildet. Auf diese Weise wird die Austiefung 120 in der aktiven Schicht 113 mit einer Schicht einer Dicke ausgebil det, die der Membran 114 entspricht, die an ihrem Boden be festigt ist. Nachdem die Austiefung 120 ausgebildet worden ist, wird die Maske 121 entfernt (Fig. 19D).

Dann wird ein Schritt eines Schichtens zum Schichten eines zweiten Trägersubstrats 112 auf die aktive Schicht 113 ausgeführt. In diesem Schritt werden, wie es in Fig. 19D gezeigt ist, das erste Trägersubstrat 118 und die ak tive Schicht 113 von dem Zustand, der in Fig. 19C gezeigt ist, umgekehrt und werden dann auf die Oberfläche eines zweiten Trägersubstrats 112 geschichtet, auf welchem im voraus ein Isolationsfilm 112a (ein Siliziumoxidfilm) aus gebildet worden ist. Dieses Schichten wird in Vakuum ausge führt und die derart aufeinandergeschichteten Substrate werden dann auf eine hohe Temperatur von 800 bis 1100°C er wärmt.

Wie es allgemein bekannt ist, wird bei einem anderen Verfahren (nicht gezeigt) zum Ausführen dieses Schichtens eine Vorbehandlung eines aufeinanderfolgenden Reinigens der Oberfläche des zweiten Trägersubstrats 112 und der Oberflä che der aktiven Schicht 113 mit zum Beispiel einem Gemisch von 4:1 aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxidwasser und dann mit reinem Wasser und dadurch Ausbilden eines äußerst dünnen Wasserfilms auf derartigen Oberflächen ausgeführt. Dadurch, daß die Oberflächen dann in guten Kontakt mitein ander gebracht werden, werden Silanolradikale auf den Schichtungsflächen ausgebildet. Dann findet durch Erwärmen eine Reaktion statt, bei der Wassermoleküle aus den Sila nolradikalen auf der Oberfläche des zweiten Trägersubstrats 112 und der Oberfläche der aktiven Schicht 113 entfernt werden und tritt eine Siloxanverbindung auf und befestigt die zwei zusammen.

Auf diese Weise werden, wie es in Fig. 19E gezeigt ist, die aktive Schicht 113 und das erste Trägersubstrat 118 in einem Stapelzustand, der zu dem umgekehrt ist, in welchem sie in Fig. 19C gezeigt sind, auf die obere Fläche des zweiten Trägersubstrats 112 geschichtet. Zu diesem Zeit punkt wird die Öffnung der Austiefung 120 der aktiven Schicht 113 von dem zweiten Trägersubstrat 112 bedeckt und wird eine abgedichtete Druckreferenzkammer 115 ausgebildet und befindet sich das Innere dieser Druckreferenzkammer 115 in Vakuum.

Nach diesem Schichten wird ein Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats zum Entfernen eines Großteils des ersten Trägersubstrats 118 durch Ätzen ausgeführt. Dieser Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats wird unter Verwendung eines elektrochemischen Stoppätzens mit einer Verarmungsschicht, die an dem PN-Übergang zwischen dem er sten Trägersubstrat 118 und der aktiven Schicht 113 ausge bildet ist, als ein Stopper ausgeführt.

Die Fig. 29 und 21 zeigen das Prinzip dieses elek trochemischen Stoppätzens. Ein elektrochemisches Stoppätzen wird auf die folgende Weise ausgeführt. Zuerst wird das Substrat aus drei Schichten, die verbunden sind, wie es zu vor beschrieben worden ist, in einer alkalischen Ätzflüs sigkeit 122, wie zum Beispiel KOH, angeordnet. Dann wird zum Beispiel eine Pt-Elektrode 123 in die Ätzflüssigkeit 122 eingetaucht, und wird die Plusseite einer Gleichstrom energieversorgung 124 mit dem zweiten Trägersubstrat 112 verbunden, wird die Minusseite mit der Pt-Elektrode 123 verbunden und wird eine Spannung Vcc über den beiden einge prägt.

Wenn dies durchgeführt wird, öffnet sich eine Verar mungsschicht an dem PN-Übergang zwischen dem ersten Träger substrat 118 und der aktiven Schicht 113, wird ein Span nungsabfall an diesem Verarmungsschichtteil groß, fällt das Potential Vd an der Ätzfläche (der Oberfläche des ersten Trägersubstrats 118) unter ein vorbestimmtes Potential Vpp und schreitet ein Si-Ätzen fort. Zu diesem Zeitpunkt fließt weitestgehend kein elektrischer Strom, wie es in Fig. 20 gezeigt ist. Wenn das Ätzen der Ätzfläche die Verarmungs schicht (die Nähe des PN-Übergangs) erreicht, steigt das Potential Vd der Ätzfläche über das vorbestimmte Potential Vpp und beginnt plötzlich ein elektrischer Strom zu flie ßen, und die Ätzfläche wird anodisch oxidiert und ein Ätzen wird im wesentlichen gestoppt. Daher wird, wie es in Fig. 19F gezeigt ist, lediglich eine extrem dünne Schicht, die der Verarmungsschicht entspricht (zum Beispiel unter 1 µm), zurückgelassen und der Großteil des ersten Trägersubstrats 118 wird entfernt.

Wenn dieser Schritt eines Entfernens eines ersten Trä gersubstrats beendet ist, wird als nächstes ein Schritt ei nes Fertigätzens zum Entfernen der äußerst dünnen Schicht, die der Verarmungsschicht entspricht, bis die aktive Schicht 113 an der Ätzfläche freigelegt ist, ausgeführt. Bei diesem Schritt eines Fertigätzens wird ein Ätzen durch ein zeitliches Steuern auf der Grundlage der Ätzgeschwin digkeit der Ätzflüssigkeit genau bis zu einer Tiefe derart durchgeführt, daß die Oberfläche der aktiven Schicht 113 freigelegt wird. Auf diese Weise wird, wie es in Fig. 19G gezeigt ist, ein Substrat 111 eines Halbleiterdrucksensors, das eine Membran 114 einer vorbestimmten Dicke und eine Druckreferenzkammer 115, die Vakuum enthält, in einer akti ven Schicht 113 auf einem zweiten Trägersubstrat 112 auf weist, erzielt. Weiterhin verbleibt zu diesem Zeitpunkt die hervorstehende Markierung 113a auf der Oberfläche der akti ven Schicht 113.

Schließlich wird ein Schritt eines Ausbildens von pie zoelektrischen Widerständen 116 und einer integrierten Schaltung 117 zur Signalverarbeitung in der Oberfläche der aktiven Schicht 113 ausgeführt. Dieser Schritt wird durch herkömmliche Verfahren, wie zum Beispiel Photolithographie, Ionenimplantation und Diffusion, ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Positionen, an welchen die piezoelek trischen Widerstände 116 und die integrierte Schaltung 117 ausgebildet werden, auf der Grundlage der hervorstehenden Markierung 113a bestimmt. Auf diese Weise wird, wie es in Fig. 19H gezeigt ist, ein Substrat 111 eines Halbleiter drucksensors erzielt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung gibt es, da der Schritt eines Entfernens des ersten Substrats durch elektrochemisches Stoppätzen mit einer Ver armungsschicht, die an dem Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat 118 und der aktiven Schicht 113 ausgebildet ist, als ein Stopper ausgeführt wird, kein Auftreten der Art einer Durchbiegung, die es bei einem Polieren gibt, und kann ein Ätzen ausgeführt werden, wobei ein Teil des ersten Trägersubstrats 118 einer gleichmäßigen Dicke auf der Seite der aktiven Schicht 113 zurückbleibt. Da es bei dem Schritt eines Fertigätzens lediglich notwendig ist, daß ein äußerst flaches Ätzen ausgeführt wird, um den restlichen Teil des ersten Trägersubstrats 118 zu entfernen, der der Verar mungsschicht entspricht, ist jede Dickenänderung, die sich aus diesem Ätzen ergibt, klein genug, um vernachlässigt zu werden.

Deshalb ist es bei diesem Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung anders als bei Herstellungsverfahren, bei denen ein Polieren verwendet wird, um eine Membran her zustellen, möglich, eine Membran 114 einer gleichmäßigen Filmdicke, die eine äußerst geringe Änderung in dieser Dicke aufweist, auszubilden. Da es nicht notwendig ist, ei nen Graben oder dergleichen, der als ein Stopper dient, auszubilden, gibt es weiterhin einen höchst wertvollen Vor teil, daß das Verfahren einfach ist und Herstellungskosten niedrig gehalten werden können. Ebenso kann die Dicke der aktiven Schicht 113 unberücksichtigt der Dicke der Membran 114 dick gemacht werden und ist daher die Freiheit eines Entwurfs der integrierten Schaltung 117 hoch. Weiterhin kann eine positionelle Ausrichtung bei dem Schritt eines Schichtens unnötig gemacht werden.

In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung können, da die aktive Schicht 113 epitaktisch aufge wachsen wird, nachdem eine Ausrichtungsmarkierung 119 in dem ersten Trägersubstrat 118 ausgebildet worden ist, eine hervorstehende Markierung 113a und eine ausgetiefte Markie rung 113b in der aktiven Schicht 113 ausgebildet werden. Diese Markierungen können danach zum Positionieren bei ei nem Schritt eines Ausbildens einer Austiefung und einem Schritt eines Ausbildens von piezoelektrischen Widerständen 116 und einer integrierten Schaltung 117 verwendet werden. Ebenso kann in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Ergebnis dessen, daß der Schritt eines Schichtens in Vakuum ausgeführt wird, die Druckreferenzkam mer 115 einfach zu einem Vakuumzustand gebracht werden.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 22A bis 22C zeigen das sechste Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung. Die unterschiedlichen Punkte zwischen diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dem fünften Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung, das zuvor beschrieben worden ist, liegen in dem Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats. Das heißt, in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird der Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats in zwei Stufen, einer Stufe eines mechanischen Polierens und einer Stufe eines elektrochemischen Stopp ätzens, ausgeführt.

In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung wird der Schritt eines Schichtens auf die gleiche Weise wie in dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung ausgeführt (siehe Fig. 22A). Danach wird ein Schritt eines Entfernens eines ersten Substrats zum Entfer nen von weitestgehend dem ganzem ersten Trägersubstrat 118 durch Ätzen dieses Substrats von drei Schichten, die ver bunden sind, ausgeführt. Bei diesem Schritt eines Entfer nens eines ersten Substrats wird in einer ersten Stufe das erste Trägersubstrat 118 teilweise (zum Beispiel eine Dicke von wenigen hundert µm) durch Polieren entfernt (Fig. 22B). Dieses Polieren wird gestoppt, bevor eine Durchbiegung in der Membran 114 auftritt.

Dann wird auf die gleiche Weise wie in dem fünften Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein elektroche misches Stoppätzen auf dem restlichen Teil des ersten Trä gersubstrats 118 (zum Beispiel einige wenige µm bis einige wenige zehn µm) mit der Verarmungsschicht, die an dem Über gang zwischen dem ersten Trägersubstrat 118 und der aktiven Schicht 113 ausgebildet ist, als ein Stopper ausgeführt (Fig. 22C). Dadurch ist es ebenso, da das Ätzen durch die Verarmungsschicht gestoppt wird, auf die gleiche Weise wie in dem fünften Ausführungsbeispiel möglich, eine Membran 114 auszubilden, die eine gleichmäßige Dicke aufweist. Wei terhin wird in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da als Ergebnis, daß ein Polieren ebenso durch geführt wird, die durch das elektrochemische Stoppätzen zu entfernende Materialmenge verringert wird, die Verfahrens zeit verkürzt und können Kostenverringerungen erzielt wer den.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor be schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und verschie dene Änderungen können durchgeführt werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann die Ausrichtungsmarkierung, die in dem ersten Träger substrat ausgebildet ist, hervorstehend anstelle von ausge tieft sein und kann die vorliegende Erfindung ebenso in Fällen angewendet werden, in denen die Druckreferenzkammer kein Vakuum enthält und an einem vorbestimmten Druck abge dichtet ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats, wie es zuvor beschrieben worden ist, werden eine Austiefung und ein Verbindungsloch zum Verbinden der Austiefung mit dem Äußeren auf einer unteren Flächenseite eines ersten Substrats ausgebildet und wird das erste Substrat in einer Atmosphäre bei Atmosphärendruck auf ein zweites Substrat geschichtet. Eine Membran wird durch Verdünnen des ersten Substrats von seiner oberen Flä che durch Polieren ausgebildet. Ein Abdichtloch, das das Verbindungsloch erreicht, wird auf der oberen Fläche des ersten Substrats ausgebildet. Ein Oxidfilm wird in dem Ab dichtloch in Vakuum ausgebildet, wodurch das Verbindungs loch abgedichtet wird, während der Druck der Druckreferenz kammer auf Vakuum verringert wird. Auf diese Weise kann, da die Druckreferenzkammer in einer letzten Stufe in einem Druck verringert wird, verhindert werden, daß die Membran aufgrund einer Druckdifferenz während eines Polierens ver formt wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats durch Aufeinanderschichten erster und zweiter Substrate (13, 15; 28, 30), innerhalb welchen eine Druckreferenz kammer (16; 31) vorgesehen ist, die in sich einen ver ringerten Druck aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
einen Schritt (P3; T2) eines Ausbildens einer Austie fung zum Ausbilden einer Austiefung (13b; 28a) in dem ersten Substrat (13; 28);
einen Schritt (PS; T4) eines Schichtens zum derartigen Schichten des ersten Substrats (13; 28) auf das zweite Substrat (15; 30) in einer Atmosphäre bei Atmosphären druck, daß eine Fläche des ersten Substrats (13; 28), an welcher die Austiefung (13b; 28a) ausgebildet worden ist, mit dem zweiten Substrat (15; 30) bedeckt ist; und
einen Schritt (P9; T6) eines Evakuierens zum Evakuieren eines Inneren der Austiefung (13b; 28a), die die Druck referenzkammer (16; 31) wird, nachdem das erste Substrat (13; 28) und das zweite Substrat (15; 30) auf einandergeschichtet worden sind.

2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
einen Schritt (P2) eines Ausbildens eines Verbindungs lochs zum derartigen Ausbilden eines Verbindungslochs (13a) in mindestens einem der ersten und zweiten Substrate (13, 15), daß, wenn die ersten und zweiten Substrate (13, 15) aufeinandergeschichtet worden sind, die Austiefung (13b) für die Druckreferenzkammer (16) mit dem Äußeren verbunden ist, wobei der Schritt (P2) eines Ausbildens eines Verbindungslochs vor dem Schritt (P5) eines Schichtens ausgeführt wird; und
einen Schritt (P9) eines Abdichtens zum Schließen des Verbindungslochs (13a), nachdem das Innere der Austie fung (13b) durch das Verbindungsloch (13a) bei dem Schritt (P9) eines Evakuierens evakuiert worden ist.

3. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Schritt (P7) ei nes Ausbildens von Vorrichtungen zum Ausbilden von Vor richtungen, die einen Drucksensor aufbauen, in dem er sten Substrat (13), wobei der Schritt (P9) eines Evaku ierens ausgeführt wird, nachdem der Schritt (P7) eines Ausbildens von Vorrichtungen ausgeführt worden ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß bei dem Schritt (T4) eines Schichtens die Austiefung (28a) für die Druckreferenzkammer (31) derart abgedichtet wird, daß das Innere vom ihr von dem Äußeren isoliert ist, und sich bei dem Schritt (T6) eines Evakuierens dadurch, daß eine Wärmebehandlung ausgeführt wird, ein Gas in nerhalb der Austiefung (28a) mit einem Substratmaterial verbindet und dadurch aufgebraucht wird.

5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt (T4) eines Schichtens das erste Substrat (28) in einem Zustand auf das zweite Substrat (30) geschichtet wird, daß Gas, das mit einem Material des ersten Substrats (28) reagieren kann, in der Austiefung (28a) vorhanden ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt (T4) eines Schichtens eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 800°C bis 1150°C ausgeführt wird.

7. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Tem peratur einer Wärmebehandlung, die bei dem Schritt (T6) eines Evakuierens ausgeführt wird, in einem Bereich von 1150°C bis 1200°C befindet.

8. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei dem Schritt (T6) eines Evakuierens dadurch, daß eine Wärme behandlung ausgeführt wird, Sauerstoff, der innerhalb der Austiefung (30) zurückbleibt, mit dem Substratmate rial verbindet, um einen Oxidfilm (31) auszubilden, wo durch das Innere der Austiefung (28a) evakuiert wird.

9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Schritt (T3) ei ner Oberflächenbehandlung zum derartigen Behandeln des Inneren der Austiefung (28a), daß die Halbleiterflächen freigelegt werden, wobei der Schritt (T3) einer Ober flächenbehandlung vor dem Schritt (T4) eines Schichtens ausgeführt wird.

10. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt (T3) einer Oberflächenbehandlung ein Oxidfilm, der in nerhalb der Austiefung (28) ausgebildet ist, derart entfernt wird, daß die Halbleiterflächen freigelegt werden.

11. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, gekennzeichnet durch einen Schritt (P6; T5) eines Polierens zum derartigen Polieren des ersten Substrats (13; 28), daß durch Ver ringern einer Dicke eines Teils des ersten Substrats (13; 28), an dem die Austiefung (13b; 28a) ausgebildet ist, eine Membran (20; 32) ausgebildet wird, wobei der Schritt (P6; T5) eines Polierens vor dem Schritt (P9; T6) eines Evakuierens ausgeführt wird.

12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke der Membran (20; 32) gleich oder kleiner als 10 µm ist.

13. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke der Membran (20; 32) gleich oder kleiner als 5 µm ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Schritt (P7; T9) eines Ausbildens von Vorrichtungen, der einen Schritt eines Ausbildens von Widerständen (21; 33), die einen Piezowiderstandseffekt aufweisen, auf der Membran (20; 32) beinhaltet, um eine Biegung der Membran (20; 32) zu erfassen, die durch den daran ausgeübten Druck verursacht wird.

15. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersubstrats durch Aufeinanderschichten erster und zweiter Substrate (13, 15; 28, 30), innerhalb welchen eine Druckreferenzkammer (16; 31) vorgesehen ist, um in ihr einen verrin gerten Druck aufzuweisen, wobei das Verfahren aufweist:
einen Schritt (P3; T2) eines Ausbildens einer Austie fung zum Ausbilden einer Austiefung (13b; 28a) in dem ersten Substrat (13; 28);
einen Schritt (PS, T4) eines Schichtens zum derartigen Schichten des ersten Substrats (13; 28) auf das zweite Substrat (15; 30) in einer Atmosphäre bei Atmosphären druck, daß eine Fläche des ersten Substrats (13; 28), an welcher die Austiefung (13b; 28a) ausgebildet worden ist, mit dem zweiten Substrat (15; 30) bedeckt ist;
einen Schritt (P6; T5) zum derartigen Polieren des er sten Substrats (13; 28), daß durch Verringern einer Dicke eines Teils des ersten Substrats (13; 28), an dem die Austiefung (13b; 28a) ausgebildet ist, eine Membran (20; 32) ausgebildet wird; und
einen Schritt (P9; T6) eines Evakuierens zum Evakuieren eines Inneren der Austiefung (13b; 28a), die die Druck referenzkammer (16; 31) wird, nachdem das erste Substrat (13; 28) und das zweite Substrat (15; 30) auf einandergeschichtet worden sind, wobei
der Schritt (P6; T5) eines Polierens vor dem Schritt (P9; T6) eines Evakuierens ausgeführt wird.

16. Halbleiterdrucksensor, der aufweist:
eine Membran (51; 68), welche sich als Reaktion auf ei nen Druck biegt, der auf eine Hauptoberfläche von ihr wirkt;
eine Druckreferenzkammer (44; 67), die auf einer Seite einer hinteren Oberfläche der Membran (51; 68) vorgese hen ist, wobei sich ein Inneres der Druckreferenzkammer (44; 67) in einem Zustand eines verringerten Drucks be findet; und
eine Erfassungsvorrichtung (52; 70) zum Erfassen des Drucks, der auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, auf der Grundlage einer Biegungshöhe der Membran (51; 68), wobei
eine Dicke der Membran (51; 68) derart eingestellt ist, daß ein Maximalwert einer Biegung der Membran (51; 68), welcher aus der Dicke, einer Seitenlänge, einem Elasti zitätsmodul, der aus einem Material der Membran (51; 68) bestimmt wird, und einem Druck abgeleitet wird, der gleichmäßig auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, gleich oder kleiner als eine Dicke der Mem bran (51; 68) ist.

17. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß der Maximalwert W (mm) einer Biegung der Membran (51; 68) durch die folgende Gleichung
W = 0,014 × (P × L⁴)/(E × H³)
ausgedrückt ist, in welcher P (kgf/mm²) ein Druck ist, der auf die Membran (51; 68) wirkt, welcher durch eine Differenz zwischen einem Druck Po (kgf/mm²), der auf die Hauptoberfläche von ihr wirkt, und einem Druck Ps (kgf/mm²) bestimmt wird, der auf die hintere Oberfläche von ihr wirkt, L (mm) eine Seitenlänge der Membran (51; 68) ist, die eine Quadratform aufweist, E (kgf/mm²) ein Elastizitätsmodul ist, der durch das Material bestimmt wird, und H eine Dickenabmessung der Membran (51; 68) ist.

18. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß, wenn eine Form der Membran (51; 68) qua dratisch ist und die Membran (51; 68) aus monokri stallinem Silizium besteht, ein Verhältnis (L/H) einer Seitenlänge L zu einer Dicke H der Membran (51; 68) derart eingestellt ist, daß es kleiner als 104 ist.

19. Halbleiterdrucksensor, der aufweist:
eine Membran (51; 68), welche sich als Reaktion auf ei nen Druck biegt, der auf eine Hauptoberfläche von ihr wirkt;
eine Druckreferenzkammer (44; 67), die auf einer Seite einer hinteren Oberfläche der Membran (51; 68) vorgese hen ist, wobei sich ein Inneres der Druckreferenzkammer (44; 67) in einem Zustand eines verringerten Drucks be findet; und
eine Erfassungsvorrichtung (52; 70) zum Erfassen des Drucks, der auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, auf der Grundlage einer Biegungshöhe der Membran (51; 68), wobei
eine Dicke der Membran (51; 68) derart eingestellt ist, daß ein Maximalwert einer Biegung der Membran (51; 68), welcher aus der Dicke, einem Radius, einem Elastizi tätsmodul, der aus einem Material der Membran (51; 68) bestimmt wird, und einem Druck abgeleitet wird, der gleichmäßig auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, gleich oder kleiner als eine Dicke der Mem bran (51; 68) ist.

20. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß der Maximalwert W (mm) einer Biegung der Membran (51; 68) durch die folgende Gleichung
W = 0,171 × (P × R⁴)/(E × H³)
ausgedrückt ist, in welcher P (kgf/mm²) ein Druck ist, der auf die Membran (51; 68) wirkt, welcher durch eine Differenz zwischen einem Druck Po (kgf/mm²), der auf die Hauptoberfläche von ihr wirkt, und einem Druck Ps (kgf/mm²) bestimmt wird, der auf die hintere Oberfläche von ihr wirkt, R (mm) ein Radius der Membran (51; 68) ist, die eine Kreisform aufweist, E (kgf/mm²) ein Ela stizitätsmodul ist, der durch das Material bestimmt wird, und H eine Dickenabmessung der Membran (51; 68) ist.

21. Halbleiterdrucksensor nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß, wenn eine Form der Membran (51; 68) kreisförmig ist und die Membran (51; 68) aus monokri stallinem Silizium besteht, ein Verhältnis (R/H) eines Radius R zu einer Dicke H der Membran (51; 68) derart eingestellt ist, daß es kleiner als 56 ist.

22. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterdrucksensors, bei welchem eine Druckreferenzkammer (44; 67) auf einer Seite einer hinteren Oberfläche einer Membran (51; 68) vorgesehen ist, wobei sich ein Inneres der Druckrefe renzkammer (44; 67) in einem Zustand eines verringerten Drucks befindet, wobei der Halbleiterdrucksensor einen Druck, der auf eine Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, auf der Grundlage einer Biegungshöhe der Membran (51; 68) erfaßt, wobei das Verfahren aufweist:
einen Schritt eines Schichtens zum Aufeinanderschichten eines Membranausbildungssubstrats (60; 74) und eines Trägersubstrats (42; 65) in einer Atmosphäre eines ver ringerten Drucks, um die Druckreferenzkammer (44; 67) auszubilden; und
einen Schritt eines Ausbildens einer Membran, der einen letzten Schritt eines Verdünnens des Membranausbil dungssubstrats (60; 74) zu einer vorbestimmten Dicken abmessung durch derartiges Polieren aufweist, daß ein Teil des Membranausbildungssubstrats (60; 74) als eine Membran 51; 68) dient, wobei
eine Dicke der Membran (51; 68) derart eingestellt wird, daß ein Maximalwert einer Biegung der Membran (51; 68), welcher aus einer Dicke, einer Seitenlänge, einem Elastizitätsmodul, der aus einem Material der Membran (51; 68) bestimmt wird, und einem Druck abge leitet wird, der gleichmäßig auf die Hauptoberfläche der Membran (51; 68) wirkt, gleich oder kleiner als eine Dicke der Membran (51; 68) ist.

23. Verfahren zum Herstellen eines Substrats, mit welchem ein Halbleiterdrucksensor ausgebildet wird, wobei das Substrat mit einer Druckreferenzkammer (115) versehen ist, die auf einer Seite einer hinteren Oberfläche ei ner Membran (114) angeordnet ist, wobei das Verfahren aufweist:
einen Schritt eines Ausbildens einer Austiefung durch Ätzen einer Oberfläche einer aktiven Schicht (113), die mit einem sich dazwischen befindenden PN-Übergang auf einem ersten Trägersubstrat (118) vorgesehen ist, zum Ausbilden einer Austiefung (120), die eine Druckrefe renzkammer (115) wird, wobei eine aktive Schicht einer Dicke zurückbleibt, die der der Membran (114) ent spricht, die auf ihrer Bodenseite vorgesehen ist;
einen Schritt eines Schichtens zum Schichten eines zweiten Trägersubstrats (112) auf die Oberfläche der aktiven Schicht (113);
einen Schritt eines Entfernens eines ersten Träger substrats zum Entfernen eines Großteils des ersten Trä gersubstrats (118) durch Ätzen; und
einen Schritt eines Fertigätzens zum Ausführen eines flachen Ätzens auf einer Ätzfläche des Schritts zum Entfernen eines ersten Trägersubstrats, bis die aktive Schicht (113) freigelegt wird, wobei
der Schritt eines Entfernens eines ersten Träger substrats unter Verwendung eines elektrochemischen Stoppätzens mit einer Verarmungsschicht, die an dem PN-Übergang zwischen dem ersten Trägersubstrat (118) und der aktiven Schicht (113) ausgebildet ist, als ein Stopper ausgeführt wird.

24. Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (113) durch epitaktisches Wachstum auf dem ersten Trä gersubstrat (118) ausgebildet wird und eine ausgetiefte oder hervorstehende Ausrichtungsmarkierung (113a) im voraus in einer oberen Fläche des ersten Träger substrats (118) ausgebildet wird.

25. Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Schritt eines Entfernens eines ersten Trägersubstrats ein elektroche misches Stoppätzen an der Verarmungsschicht ausgeführt wird, nachdem das erste Trägersubstrat (118) durch Po lieren teilweise entfernt worden ist.

26. Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt eines Schichtens in Vakuum ausgeführt wird, wodurch die Druckreferenzkammer (115) zu einer Vakuumkammer gemacht wird.