JP3087336B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特
に、半導体圧力センサや半導体加速度センサなど、起歪
膜及びその上の歪みゲ−ジを備える半導体装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device such as a semiconductor pressure sensor or a semiconductor acceleration sensor having a strain-generating film and a strain gauge thereon.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の半導体圧力センサの一例を図22
に示す。このセンサは、互いに接合される第1基板1a
及び第2基板2aを有し、第1基板1a及び第2基板2
aには互いに連通する圧力室11a及び圧力導入孔21
aが形成される。そして、第1基板1表面には圧力室1
1a表面を含めて酸化膜4aが形成されている。そし
て、窒化シリコン膜からなる起歪膜5aが第1基板1上
に形成されて圧力室11aを覆い、起歪膜5a上に歪み
ゲ−ジ32が形成されている。2. Description of the Related Art An example of a conventional semiconductor pressure sensor is shown in FIG.
Shown in This sensor comprises a first substrate 1a bonded to each other.
And a second substrate 2a, the first substrate 1a and the second substrate 2
a has a pressure chamber 11a and a pressure introduction hole 21 communicating with each other.
a is formed. The pressure chamber 1 is provided on the surface of the first substrate 1.
An oxide film 4a is formed including the surface of 1a. Then, a strain generating film 5a made of a silicon nitride film is formed on the first substrate 1 to cover the pressure chamber 11a, and a strain gauge 32 is formed on the strain generating film 5a.
【0003】この半導体圧力センサの工程の一部を図2
3に基づいて説明すると、第1、第2基板1a、2aを
接合した後、エッチングで第1基板1aに凹部11aを
堀り、ポリシシリコン9a堆積後、酸化膜4aが露出す
るまで研磨する。次に、第2基板側2aから異方性エッ
チングして中間絶縁膜3aの開口を通じてポリシシリコ
ン9aを除去して圧力室11a及び圧力導入孔21aが
形成される。したがって上記研磨のために、酸化膜4a
は幾分厚めに形成される。A part of the process of this semiconductor pressure sensor is shown in FIG.
The method will be described with reference to FIG. 3. After joining the first and second substrates 1a and 2a, the concave portion 11a is dug in the first substrate 1a by etching, and after the polysilicon 9a is deposited, polishing is performed until the oxide film 4a is exposed. Next, the polysilicon 9a is removed through the opening of the intermediate insulating film 3a by anisotropic etching from the second substrate side 2a to form the pressure chamber 11a and the pressure introducing hole 21a. Therefore, for the above polishing, the oxide film 4a
Is formed somewhat thicker.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体圧力セン
サの特性向上のために例えばCMOSなどの回路を半導
体圧力センサと同一チップに集積することが提案されて
いる。この場合、回路形成のために上記第1基板1表面
を露出する必要があり、例えば図24に示すように、予
め酸化膜4aをパタ−ニングした後、起歪用の窒化シリ
コン膜5aをその上に堆積し、次に、この窒化シリコン
膜5aをパタ−ニングして第1基板1表面を露出し、そ
こにCMOSを形成することができる。In recent years, it has been proposed to integrate a circuit such as a CMOS on the same chip as a semiconductor pressure sensor in order to improve the characteristics of the semiconductor pressure sensor. In this case, it is necessary to expose the surface of the first substrate 1 to form a circuit. For example, as shown in FIG. 24, after patterning an oxide film 4a in advance, a silicon nitride film 5a for strain generation is formed. Then, the silicon nitride film 5a is patterned to expose the surface of the first substrate 1, and a CMOS can be formed thereon.
【0005】また図25に示すように、酸化膜4a及び
起歪用の窒化シリコン膜5aを順次堆積後、窒化シリコ
ン膜5a及び酸化膜4aを順次パタ−ニングして第1基
板1を露出させることもできる。しかしながら、上記し
たどちらの方法を採用しても窒化シリコン膜5aの端部
直下に無視できない段差が生じてこの上に形成される配
線層が切れやすくなる。[0007] As shown in FIG. 25, after an oxide film 4 a and a silicon nitride film 5 a for strain generation are sequentially deposited, the silicon nitride film 5 a and the oxide film 4 a are sequentially patterned to expose the first substrate 1. You can also. However, whichever of the above-described methods is employed, a non-negligible level difference is generated immediately below the end of the silicon nitride film 5a, and the wiring layer formed thereon is easily cut.
【0006】また図25の方法では、窒化シリコン膜5
aの周辺直下においてアンダ−カットが生じやすく、更
に配線切れやレジスト残留が生じやすくなる。本発明は
上記問題点に鑑みなされたものであり、キャビティ周辺
部で配線の段差切れが生じがたい半導体装置を提供する
ことを、その目的としている。In the method of FIG. 25, the silicon nitride film 5
Undercut is likely to occur immediately below the periphery of "a", and further, disconnection of the wiring and remaining of the resist are likely to occur. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a semiconductor device in which wiring steps are not easily cut off in the periphery of a cavity.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
キャビティを有する半導体基板と、前記キャビティ周辺
の前記半導体基板表面及び及び前記キャビティ表面に形
成される所定厚の保護絶縁膜と、前記キャビティ周辺の
前記保護絶縁膜上に形成され前記キャビティ上に延在す
る起歪膜と、該起歪膜上に形成される歪みゲ−ジとを備
える半導体装置において、前記保護絶縁膜の周辺に隣接
して形成され表面が前記保護絶縁膜の表面と同一平面と
なる半導体領域を有し、前記起歪膜は前記半導体領域上
に延設されることを特徴としている。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A semiconductor substrate having a cavity, a protective insulating film having a predetermined thickness formed on the semiconductor substrate surface and the cavity surface around the cavity, and formed on the protective insulating film around the cavity and extending over the cavity; A strain-generating film, and a strain gage formed on the strain-generating film, wherein the surface is formed adjacent to the periphery of the protective insulating film and has a surface flush with the surface of the protective insulating film. Wherein the strain-generating film extends over the semiconductor region.
【0008】ここで、起歪膜は、窒化シリコン膜などの
絶縁膜、シリコンなどの半導体、又は金属を素材とする
事ができる。半導体領域は前記起歪膜とエッチング特性
が異なるものが選ばれる。本発明が対象とする半導体装
置は、半導体圧力センサ、半導体加速度センサ、半導体
湿度センサのようにエッチングによる起歪膜及びその上
に配設された歪みゲ−ジを備えた半導体装置全てを包含
する。Here, the strain generating film can be made of an insulating film such as a silicon nitride film, a semiconductor such as silicon, or a metal. A semiconductor region having a different etching characteristic from that of the strain-generating film is selected. The semiconductor device to which the present invention is directed includes all semiconductor devices having a strain-generating film formed by etching and a strain gauge disposed thereon, such as a semiconductor pressure sensor, a semiconductor acceleration sensor, and a semiconductor humidity sensor. .
【0009】[0009]
【作用及び発明の効果】本発明では、保護絶縁膜の周辺
に隣接してこの保護絶縁膜の表面と同一平面となる表面
をもつ半導体領域が形成されるので、この部位における
段差を解消して配線切れを防止することができる。ま
た、起歪膜がキャビティ周辺の半導体基板表面の保護絶
縁膜の表面を覆い、更に上記半導体領域がこの保護絶縁
膜の側面を覆うので、その後のエッチング工程による保
護絶縁膜のエッチングを防ぎ、起歪膜周辺直下において
保護絶縁膜がアンダ−カットされて上記配線切れが更に
深刻化することを防ぐ。According to the present invention, a semiconductor region having a surface flush with the surface of the protective insulating film is formed adjacent to the periphery of the protective insulating film. Wiring breakage can be prevented. Further, since the strain-generating film covers the surface of the protective insulating film on the surface of the semiconductor substrate around the cavity, and furthermore, the semiconductor region covers the side surface of the protective insulating film. The undercut of the protective insulating film immediately below the periphery of the strain film prevents the above-mentioned disconnection of the wiring from becoming more serious.
【0010】したがって本発明によれば、保護絶縁膜の
周辺に隣接してこの保護絶縁膜の表面と同一平面となる
表面をもつ半導体領域が形成されているので、この種の
半導体装置において高い歩留りを実現することができ
る。Therefore, according to the present invention, since a semiconductor region having a surface flush with the surface of the protective insulating film is formed adjacent to the periphery of the protective insulating film, a high yield is achieved in this type of semiconductor device. Can be realized.
【0011】[0011]
(実施例1)本発明の半導体装置の一実施例として、半
導体圧力センサの一例を図1から図5に示す。ここで、
図1はこの半導体圧力センサの断面図、図2はその裏平
面図、図3から図5はその製造工程を示す断面図であ
る。なお、図1は図2のA−A線矢視断面図を示す。Embodiment 1 FIGS. 1 to 5 show an example of a semiconductor pressure sensor as an embodiment of the semiconductor device of the present invention. here,
FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor pressure sensor, FIG. 2 is a rear plan view, and FIGS. 3 to 5 are cross-sectional views showing the manufacturing steps. FIG. 1 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【0012】この半導体圧力センサは、酸化シリコン膜
3を挟んで互いに接合される第1基板1及び第2基板2
を有し、第1基板1及び第2基板2には互いに連通する
圧力室(キャビティ)11及び圧力導入孔(キャビテ
ィ)21が形成される。そして、第1基板1表面にはキ
ャビティ11表面を含めて酸化シリコン膜からなる保護
絶縁膜4が形成され、保護絶縁膜4上にはキャビティ1
1を覆って窒化シリコン膜からなるダイヤフラム膜(起
歪膜)5が形成されている。また、第1基板1の表面に
はn- 型のエピタキシャル層(半導体領域)6が形成さ
れ、このエピタキシャル層6は研磨によって保護絶縁膜
4と同一平面となっており、ダイヤフラム膜5の周辺部
はこのエピタキシャル領域6上に延設されている。そし
て、ダイヤフラム膜5上にはド−プされたポリシシリコ
ンからなる歪みゲ−ジ7が形成されており、また第1基
板1の表面にはnMOS集積回路(図ではトランジスタ
1個だけを示す)8が形成されている。更に、その他の
構成については図3から図11の製造方法の説明により
説明する。This semiconductor pressure sensor comprises a first substrate 1 and a second substrate 2 joined to each other with a silicon oxide film 3 interposed therebetween.
And a pressure chamber (cavity) 11 and a pressure introduction hole (cavity) 21 communicating with each other are formed in the first substrate 1 and the second substrate 2. Then, a protective insulating film 4 made of a silicon oxide film is formed on the surface of the first substrate 1 including the surface of the cavity 11, and the cavity 1 is formed on the protective insulating film 4.
1, a diaphragm film (strain-induced film) 5 made of a silicon nitride film is formed. An n − type epitaxial layer (semiconductor region) 6 is formed on the surface of the first substrate 1, and the epitaxial layer 6 is flush with the protective insulating film 4 by polishing. Extend over the epitaxial region 6. A strain gauge 7 made of doped polysilicon is formed on the diaphragm film 5, and an nMOS integrated circuit (only one transistor is shown in the figure) is formed on the surface of the first substrate 1. 8 are formed. Further, other configurations will be described with reference to the description of the manufacturing method of FIGS.
【0013】まず図3に示すように、第1基板1と第2
基板2とを接合してなり中間に酸化シリコン膜3を有す
る接合基板を準備する。図3の接合基板において、第1
基板1には10Ωcmの(100)n型シリコン基板
を、第2基板2には10Ωcm、厚さ400μmの(1
10)n型シリコン基板を用いる。そして、酸化シリコ
ン膜3をエッチングストッパとしてKOH水溶液による
異方性エッチングでこの第1基板1に圧力室用のキャビ
ティ11を形成する。なお、このような接合基板を採用
したのは、酸化シリコン膜3を上記異方性エッチングの
エッチングストッパとするためであり、通常のバルク基
板を使用することも可能である。First, as shown in FIG. 3, the first substrate 1 and the second substrate 1
A bonded substrate prepared by bonding the substrate 2 and having a silicon oxide film 3 in the middle is prepared. In the bonded substrate of FIG.
The substrate 1 is a 10Ωcm (100) n-type silicon substrate, and the second substrate 2 is a 10Ωcm, 400 μm thick (1) silicon substrate.
10) Use an n-type silicon substrate. Then, a cavity 11 for a pressure chamber is formed in the first substrate 1 by anisotropic etching using a KOH aqueous solution using the silicon oxide film 3 as an etching stopper. The reason why such a bonded substrate is employed is that the silicon oxide film 3 is used as an etching stopper for the anisotropic etching, and a normal bulk substrate can be used.
【0014】次に図4に示すように、第1基板1の表面
に1μm厚の酸化膜(保護絶縁膜)4を熱酸化法により
形成し、この酸化膜4をキャビティ11の全周にて開口
する。なおこの時、同時に酸化シリコン膜3も開口す
る。次に図5に示すように、表面にエピタキシャル層6
を形成する。この時のエピタキシャル層6の成長条件は
通常のものでよく、例えば使用ガスとしてSiCl 4 と
H2 との混合したものを用い、成長温度は1000〜1
270℃である。このエピ成長時に、酸化膜4及び酸化
シリコン膜3上にはポリシリコン層9が形成される。こ
のエピ成長はキャビティ11の中央部のポリシリコン厚
さが充分な厚さとなるまで、すなわち、キャビティ11
を埋めつくすまで実施される。 本実施例では酸化シリ
コン膜4が1μm厚、第1基板1が9μm厚、酸化膜3
が1μm厚であるので、選択研磨の削りしろを含めて3
0μmのエピ成長を行った。Next, as shown in FIG.
A 1 μm thick oxide film (protective insulating film) 4 by thermal oxidation
The oxide film 4 is formed and opened all around the cavity 11.
I do. At this time, the silicon oxide film 3 is also opened at the same time.
You. Next, as shown in FIG.
To form The growth condition of the epitaxial layer 6 at this time is as follows.
Normal ones may be used, for example, SiCl FourWhen
HTwoAnd a growth temperature of 1000 to 1
270 ° C. During this epi growth, the oxide film 4 and the oxidized
Polysilicon layer 9 is formed on silicon film 3. This
Of the polysilicon thickness at the center of the cavity 11
Until the thickness is sufficient, that is, the cavity 11
It is carried out until it fills up. In this embodiment, silicon oxide is used.
The thickness of the silicon film 4 is 1 μm, the thickness of the first substrate 1 is 9 μm,
Is 1 μm thick, so 3 mm including the margin for selective polishing
An epi growth of 0 μm was performed.
【0015】次に図6に示すように、ウエハ表面を選択
研磨し、酸化膜4が露出した時点で研磨を停止する。次
に図7に示すように、圧力センサのダイヤフラムとなる
2μm厚のダイヤフラム膜すなわち窒化シリコン膜5を
堆積させパタニングする。このパタニングはキャビティ
11内のポリシシリコン層9及びその周辺の酸化膜4を
覆うように窒化シリコン膜5が距離lだけエピ層6上に
延在するようになされる。これは、後のトランジスタ形
成などのエッチング工程の繰返しによるアンダーカット
を防止するためであり、このアンダ−カットの防止によ
りレジスト残りや配線層の遮断切れ等の発生はしない。
本実施例では距離l=5μmとした。Next, as shown in FIG. 6, the wafer surface is selectively polished, and the polishing is stopped when the oxide film 4 is exposed. Next, as shown in FIG. 7, a 2 μm-thick diaphragm film serving as a diaphragm of the pressure sensor, that is, a silicon nitride film 5 is deposited and patterned. This patterning is performed so that the silicon nitride film 5 extends over the epitaxial layer 6 by a distance 1 so as to cover the polysilicon layer 9 in the cavity 11 and the oxide film 4 therearound. This is to prevent an undercut due to repetition of an etching process such as a later transistor formation, and the prevention of the undercut does not cause a residue of the resist or a disconnection of the wiring layer.
In this embodiment, the distance 1 is set to 5 μm.
【0016】次に図8に示すように、窒化シリコン膜5
及び酸化膜4をマスクとしてゲ−ト酸化膜7を形成す
る。次に図9に示すように、CVD法により0.2μm
厚のポリシシリコン膜を堆積し、それをパタニングして
ゲ−ト電極31及び歪みゲ−ジ32を形成し、その後、
イオン注入によりn+ 型のソ−ス及びドレン領域33、
34を形成し、CVD法によりBPSG膜35を堆積し
パタニングしてダイヤフラム膜5上のBPSG膜を除去
する。この時、ダイヤフラム膜5の端部はBPSG膜3
5により覆われるようにして、ダイヤフラム膜5とその
下のエピタキシャル層6との間の段差をカバ−する。次
に、歪みゲ−ジ32の保護のためにその上に0.5μm
厚の窒化シリコン膜36をCVD法により堆積しパタニ
ングする。その後、これらBPSG膜35及び窒化シリ
コン膜36を開口してアルミ配線37により所定の配線
を行う。Next, as shown in FIG.
Then, gate oxide film 7 is formed using oxide film 4 as a mask. Next, as shown in FIG.
A thick polysilicon film is deposited and patterned to form a gate electrode 31 and a strain gauge 32,
By ion implantation, an n + type source and drain region 33,
34, a BPSG film 35 is deposited by the CVD method, and the BPSG film on the diaphragm film 5 is removed by patterning. At this time, the end of the diaphragm film 5 is
5 so as to cover a step between the diaphragm film 5 and the epitaxial layer 6 thereunder. Next, a 0.5 μm thick
A thick silicon nitride film 36 is deposited by CVD and patterned. Thereafter, the BPSG film 35 and the silicon nitride film 36 are opened, and a predetermined wiring is formed by the aluminum wiring 37.
【0017】次に図10に示すように、第2基板2の表
面に形成された窒化シリコン膜38を開口し、その後、
図11に示すように、アルカリエッチングにより第2基
板2を異方性エッチングし更にポリシシリコン層9をエ
ッチングして、圧力室11及び圧力導入孔21(キャビ
ティ)を形成する。エッチング液としてはKOHを用い
たが、他のアルカリ水溶液例えばNaOH、LiOH、
EPW、TMAH(テトラエチルアンモニア水溶液)等
でもよい。Next, as shown in FIG. 10, an opening is formed in the silicon nitride film 38 formed on the surface of the second substrate 2, and thereafter,
As shown in FIG. 11, the second substrate 2 is anisotropically etched by alkali etching, and the polysilicon layer 9 is further etched to form a pressure chamber 11 and a pressure introducing hole 21 (cavity). Although KOH was used as an etching solution, other alkaline aqueous solutions such as NaOH, LiOH,
EPW, TMAH (tetraethyl ammonia aqueous solution) or the like may be used.
【0018】形成された圧力導入孔21の形状を図2に
示すように、第2基板2のSi(110)面に対し<1
10>方向に54.7°傾斜させた菱形パタンを用いる
と、(111)面と(110)面とのエッチング速度の
違いによりSi(110)面に垂直な孔を開けることが
できる。すなわち、KOHの場合(111)面のエッチ
ングレートと(110)のエッチングレートとの比は数
100倍になるので、(111)面は殆どエッチングさ
れず、裏面の(110)面に垂直な(111)面が変形
の辺に沿って形成され、裏面の(110)面と35.3
°の角度をもった(111)面が現れる(図2)。この
ようにすれば、多数の圧力導入孔(キャビティ)を集積
することができる。As shown in FIG. 2, the shape of the formed pressure introducing hole 21 is <1 with respect to the Si (110) plane of the second substrate 2.
When a rhombic pattern inclined by 54.7 ° in the 10> direction is used, a hole perpendicular to the Si (110) plane can be formed due to a difference in etching rate between the (111) plane and the (110) plane. That is, in the case of KOH, the ratio between the etching rate of the (111) plane and the etching rate of the (110) plane is several hundred times, so that the (111) plane is hardly etched, and the (111) plane is perpendicular to the (110) plane on the back surface. The (111) plane is formed along the side of the deformation, and the (110) plane on the back surface and 35.3
A (111) plane with an angle of ° appears (FIG. 2). In this way, a large number of pressure introducing holes (cavities) can be accumulated.
【0019】上記した実施例によれば、エピタキシャル
層9の形成により第1基板1のシリコン表面と酸化膜4
の表面との段差が解消され、かつ、その後のnMOSプ
ロセス(又はcMOS又はバイポ−ラプロセス)により
ダイヤフラム膜5の周辺にアンダカットが生じるのを防
止することができる。なお、上記したnMOSプロセス
を先に実施して回路を先に作製し、その後、窒化シリコ
ンからなるダイヤフラム膜を形成すれば上記したアンダ
カットの弊害は生じないが、ただこの場合には窒化シリ
コンのダイヤフラム膜によりキャビティ11に埋め込ま
れたポリシリコン層9を保護できない不具合が生じる。
またこの実施例では、歪みゲ−ジ32とゲ−ト電極31
とを同一工程で作製できる利点もある。 (実施例2)他の実施例の半導体圧力センサを図12か
ら図18に示す。According to the above-described embodiment, the silicon layer of the first substrate 1 and the oxide film 4 are formed by forming the epitaxial layer 9.
And the undercut around the diaphragm film 5 due to the subsequent nMOS process (or cMOS or bipolar process) can be prevented. Note that if the above-described nMOS process is performed first to form a circuit and then a diaphragm film made of silicon nitride is formed, the above-described adverse effect of the undercut does not occur. A problem arises in that the polysilicon film 9 buried in the cavity 11 cannot be protected by the diaphragm film.
In this embodiment, the strain gauge 32 and the gate electrode 31
Has the advantage that it can be manufactured in the same step. (Embodiment 2) FIGS. 12 to 18 show a semiconductor pressure sensor according to another embodiment.
【0020】このセンサは、LOCOSプロセスにより
実施例1の酸化膜(保護絶縁膜)及び回路部のチャンネ
ル分離用の厚い絶縁膜を形成するものであって、以下、
その製造工程を説明する。まず図12に示すように、実
施例1の図3と同一工程で接合基板に圧力室(キャビテ
ィ)11を形成する。This sensor forms the oxide film (protective insulating film) of Example 1 and a thick insulating film for channel separation of a circuit portion by a LOCOS process.
The manufacturing process will be described. First, as shown in FIG. 12, a pressure chamber (cavity) 11 is formed in a bonding substrate in the same step as in FIG. 3 of the first embodiment.
【0021】次に図13に示すように、第1基板1の表
面に400Å厚の酸化膜51を熱酸化法により形成し、
この酸化膜51上にマスク用の窒化シリコン膜52を形
成し、パタニングする。次に図14に示すように、酸化
により9500Å厚のLOCOS酸化膜53を形成し、
窒化シリコン膜52を除去し、酸化膜51を除去して新
しい400Å厚のゲ−ト酸化膜54を形成する。なおこ
の時、キャビティ11を囲んでこのゲ−ト酸化膜54は
形成される。なお、ここでは図示省略しているがLOC
OS酸化膜53の下の第1基板1の表面にp型不純物が
イオン注入を打ち込こんでチャンネルストップを行う。Next, as shown in FIG. 13, an oxide film 51 having a thickness of 400 ° is formed on the surface of the first substrate 1 by a thermal oxidation method.
A silicon nitride film 52 for a mask is formed on the oxide film 51 and patterned. Next, as shown in FIG. 14, a 9500-thick LOCOS oxide film 53 is formed by oxidation,
The silicon nitride film 52 is removed and the oxide film 51 is removed to form a new gate oxide film 54 having a thickness of 400 °. At this time, the gate oxide film 54 is formed surrounding the cavity 11. Although not shown here, LOC
A channel stop is performed by implanting p-type impurities into the surface of the first substrate 1 under the OS oxide film 53 by ion implantation.
【0022】次に図15に示すように、実施例1と同様
にポリシリコン層9を約30μm堆積させ、研磨する。
これにより、ゲ−ト酸化膜54上にもポリシシリコン層
91が形成される。次に図16に示すように、実施例1
と同様にダイヤフラム膜となる窒化シリコン膜5を堆積
させパタニングする。この時、このダイヤフラム膜5の
周辺部はゲ−ト酸化膜54上のポリシシリコン層91と
距離l(ここでは5μm)だけオ−バラップさせられ
る。これは、この窒化シリコン膜5の下の酸化膜(保護
絶縁膜)53がその後のエッチング工程によりアンダカ
ットされないようにするためである。Next, as shown in FIG. 15, a polysilicon layer 9 is deposited to a thickness of about 30 μm and polished similarly to the first embodiment.
Thus, a polysilicon layer 91 is also formed on gate oxide film 54. Next, as shown in FIG.
Similarly, a silicon nitride film 5 serving as a diaphragm film is deposited and patterned. At this time, the peripheral portion of the diaphragm film 5 is overlapped with the polysilicon layer 91 on the gate oxide film 54 by a distance 1 (here, 5 μm). This is to prevent the oxide film (protective insulating film) 53 under the silicon nitride film 5 from being undercut by a subsequent etching process.
【0023】次に図17に示すように、フォトレジスト
マスク60によりポリシリコン膜91をパタニングし、
露出したゲ−ト酸化膜54の上方からイオン注入を行っ
てn + 型のソ−ス、ドレン領域33、34をセルフアラ
インにより形成する。その後、図18に示すように、C
VD法によりBPSG膜62を堆積しパタニングしてダ
イヤフラム膜5上のBPSG膜62を除去する。次に、
ダイヤフラム膜5上に歪みゲ−ジとなるポリシシリコン
層63を選択形成し、ポリシシリコン層63の保護のた
めに0.5μm厚の窒化シリコン膜64をCVD法によ
り堆積しパタニングする。その後、これらBPSG膜6
2及び窒化シリコン膜64を開口してアルミ配線61に
より所定の配線を行う。Next, as shown in FIG.
The polysilicon film 91 is patterned by the mask 60,
Ion implantation is performed from above the exposed gate oxide film 54.
T +Mold source and drain regions 33 and 34 are self-aligned
It is formed by in. Thereafter, as shown in FIG.
A BPSG film 62 is deposited and patterned by VD method.
The BPSG film 62 on the diaphragm film 5 is removed. next,
Polysilicon serving as a strain gauge on the diaphragm film 5
The layer 63 is selectively formed to protect the polysilicon layer 63.
A 0.5 μm thick silicon nitride film 64 by CVD.
Deposited and patterned. Then, these BPSG films 6
2 and silicon nitride film 64 are opened to form aluminum wiring 61
More predetermined wiring is performed.
【0024】その後、図10の工程から実施例1と同じ
工程となって、圧力導入孔21が形成される。この実施
例では、ダイヤフラム膜5の端部直下のポリシシリコン
膜91の形成工程をゲ−ト電極形成工程及びキャビティ
11へのポリシシリコン層埋め込み工程と同じ工程で実
施することができる利点がある。Thereafter, the pressure introducing hole 21 is formed from the step of FIG. 10 to the same step as in the first embodiment. This embodiment has an advantage that the step of forming the polysilicon film 91 immediately below the end of the diaphragm film 5 can be performed in the same steps as the step of forming the gate electrode and the step of embedding the polysilicon layer in the cavity 11.
【0025】(実施例3)他の実施例の半導体圧力セン
サを図23から図25に示す。この半導体圧力センサ
は、歪みゲ−ジに単結晶シリコンを用いたものであっ
て、以下その製造工程を説明する。まず、実施例1の図
6までの工程により、図19に示す接合基板Aを作製
し、更に、表面に窒化酸化膜3aが形成された第3基板
Bを準備する(図19参照)。ここで、第3基板1には
1Ωcmから10Ωcmの(110)n型シリコン基板
を用い、窒化酸化膜3aには1000℃のドライO2 酸
化により100から5000Åの熱酸化膜を形成した
後、NH3 ガス雰囲気中で1000から1200℃で窒
化して形成する。(Embodiment 3) FIGS. 23 to 25 show a semiconductor pressure sensor according to another embodiment. This semiconductor pressure sensor uses single crystal silicon for the strain gauge, and its manufacturing process will be described below. First, the bonding substrate A shown in FIG. 19 is manufactured through the steps up to FIG. 6 in the first embodiment, and a third substrate B having a surface on which a nitrided oxide film 3a is formed is prepared (see FIG. 19). Here, a (110) n-type silicon substrate of 1 Ωcm to 10 Ωcm is used for the third substrate 1, and a thermal oxide film of 100 to 5000 ° is formed on the nitrided oxide film 3 a by dry O 2 oxidation at 1000 ° C. It is formed by nitriding at 1000 to 1200 ° C. in a three- gas atmosphere.
【0026】次に、この窒化酸化膜3aを挟んで第1基
板1の表面にこの第3基板Bを接合し、鏡面研磨して1
から5μm程度の単結晶シリコン層101を形成し、次
に、単結晶シリコン層101の所定領域にイオン注入に
よりp+ 歪みゲ−ジ領域7aを形成する(図20参
照)。次に、この単結晶シリコン層101をパタニング
して、キャビティ11上方にだけ単結晶シリコン層10
1を残す。なお、このパタニングにはKOHを用いて異
方性エッチングにより実施し、側面102をテ−パ面と
する。これは段差を軽減するためである。次に、ドライ
エッチにより窒化酸化膜3aを起歪膜(ダイヤフラム
膜)としてパタニングする(図21参照)。ここで、窒
化酸化膜3aは保護酸化膜4を覆うとともにエピ層6上
に延在しており、実施例1と同様に、保護酸化膜4を保
護している。その後、実施例1の図8及び図9の工程に
より周辺にMOS集積回路が形成される。Next, the third substrate B is bonded to the surface of the first substrate 1 with the nitrided oxide film 3a interposed therebetween, and is mirror-polished.
Then, a single crystal silicon layer 101 having a thickness of about 5 μm is formed, and then ap + strain gage region 7a is formed in a predetermined region of the single crystal silicon layer 101 by ion implantation (see FIG. 20). Next, the single-crystal silicon layer 101 is patterned so that the single-crystal silicon layer 10 is formed only above the cavity 11.
Leave one. Note that this patterning is performed by anisotropic etching using KOH, and the side surface 102 is used as a tapered surface. This is to reduce the step. Next, patterning is performed by dry etching using the nitrided oxide film 3a as a strain-induced film (diaphragm film) (see FIG. 21). Here, the nitrided oxide film 3a covers the protective oxide film 4 and extends on the epilayer 6, and protects the protective oxide film 4 as in the first embodiment. Thereafter, a MOS integrated circuit is formed in the periphery by the steps of FIGS. 8 and 9 of the first embodiment.
【0027】このようにすれば、より高精度の半導体圧
力センサを作製することができる。更にこの実施例で
は、接合基板Aの表面がエピタキシャル成長及びその後
の研磨により平坦化されているので、その結果として、
工程追加なしに第3基板Bとの接合が良好となる効果を
奏することもできる。In this way, a more accurate semiconductor pressure sensor can be manufactured. Further, in this embodiment, since the surface of the bonding substrate A is planarized by epitaxial growth and subsequent polishing, as a result,
The effect of improving the bonding with the third substrate B can be achieved without adding a process.
【図1】本発明を用いた集積化半導体圧力センサの一実
施例を示す断面図、FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of an integrated semiconductor pressure sensor using the present invention;
【図2】その裏平面図、FIG. 2 is a back plan view thereof,
【図3】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the first embodiment;
【図4】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the first embodiment.
【図5】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the first embodiment.
【図6】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 6 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
【図7】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the first embodiment.
【図8】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 8 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment;
【図9】第2実施例の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 9 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment.
【図10】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing process of the first embodiment;
【図11】実施例1の製造工程を示す断面図、FIG. 11 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment;
【図12】実施例2の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 12 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment;
【図13】実施例2の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 13 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment;
【図14】実施例2の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment.
【図15】実施例2の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 15 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment;
【図16】実施例2の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 16 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment;
【図17】実施例2の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 17 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment.
【図18】実施例2の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 18 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the second embodiment;
【図19】実施例3の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 19 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the third embodiment;
【図20】実施例3の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 20 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the third embodiment;
【図21】実施例3の集積化半導体圧力センサの製造工
程を示す断面図、FIG. 21 is a sectional view showing a manufacturing process of the integrated semiconductor pressure sensor according to the third embodiment;
【図22】従来の集積化半導体圧力センサの断面図、FIG. 22 is a cross-sectional view of a conventional integrated semiconductor pressure sensor.
【図23】従来の集積化半導体圧力センサの製造工程を
示す断面図、FIG. 23 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional integrated semiconductor pressure sensor.
【図24】従来の集積化半導体圧力センサの製造工程を
示す断面図、FIG. 24 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional integrated semiconductor pressure sensor.
【図25】従来の集積化半導体圧力センサの製造工程を
示す断面図、FIG. 25 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional integrated semiconductor pressure sensor.
【符号の説明】 1は第1基板(半導体基板)、2は第2基板(半導体基
板)、4は酸化膜(保護絶縁膜)、5は窒化シリコン膜
(起歪膜)、6はエピタキシャル層(半導体領域)、1
1は圧力室(キャビティ)、21は圧力導入孔(キャビ
ティ)、32は歪みゲ−ジ、[Description of References] 1 is a first substrate (semiconductor substrate), 2 is a second substrate (semiconductor substrate), 4 is an oxide film (protective insulating film), 5 is a silicon nitride film (strain-induced film), and 6 is an epitaxial layer (Semiconductor area), 1
1 is a pressure chamber (cavity), 21 is a pressure introduction hole (cavity), 32 is a strain gauge,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/84 G01L 9/04 101 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/84 G01L 9/04 101
Claims (1)
ャビティ周辺の前記半導体基板表面及び及び前記キャビ
ティ表面に形成される所定厚の保護絶縁膜と、前記キャ
ビティ周辺の前記保護絶縁膜上に形成され前記キャビテ
ィ上に延在する起歪膜と、該起歪膜上に形成される歪み
ゲ−ジとを備える半導体装置において、前記保護絶縁膜
の周辺に隣接して形成され表面が前記保護絶縁膜の表面
と同一平面となる半導体領域を有し、前記起歪膜は前記
半導体領域上に延設されることを特徴とする半導体装
置。A semiconductor substrate having a cavity; a protective insulating film having a predetermined thickness formed on the surface of the semiconductor substrate and the surface of the cavity around the cavity; and a protective insulating film formed on the protective insulating film around the cavity. In a semiconductor device having a strain-generating film extending over a cavity and a strain gage formed on the strain-generating film, a surface of the protective insulating film is formed adjacent to a periphery of the protective insulating film. A semiconductor device having a semiconductor region coplanar with a surface thereof, wherein the strain-generating film extends over the semiconductor region.
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