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JP3496807B2 - Thermopile manufacturing method and structure - Google Patents
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JP3496807B2 - Thermopile manufacturing method and structure - Google Patents

Thermopile manufacturing method and structure

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JP3496807B2
JP3496807B2 JP17493998A JP17493998A JP3496807B2 JP 3496807 B2 JP3496807 B2 JP 3496807B2 JP 17493998 A JP17493998 A JP 17493998A JP 17493998 A JP17493998 A JP 17493998A JP 3496807 B2 JP3496807 B2 JP 3496807B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ホウ素B(Boron)
やリンP(Phosphorous)等の不純物をSi(Silicon)基板
に拡散することで形成されたシリコンを用いたサーモパ
イルの作製方法及びその構造に関し、特に、配線サーモ
パイル接点等の作製のために不純物を拡散したSi層の
パターン形状を精度良く且つ簡便に作製する技術に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to boron B (Boron)
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and structure for manufacturing a thermopile using silicon formed by diffusing impurities such as phosphorus (P) and phosphorus (Phosphorous) into a Si (Silicon) substrate, and in particular, diffusing impurities to form a wiring thermopile contact. The present invention relates to a technique for accurately and easily producing a patterned shape of a Si layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、不純物を拡散したSiを用いたサ
ーモパイルとしては、種々のものがあるが、ここでは一
例として、流量センサに使用された場合のホウ素Bを高
濃度に拡散したシリコン(以降、p++−Siと称する)
を用いたサーモパイルについて説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, there are various types of thermopiles using Si in which impurities are diffused. Here, as an example, silicon (hereinafter referred to as silicon) in which boron B is highly diffused when used in a flow sensor is used. , P ++- Si)
The thermopile using is explained.

【0003】サーモパイルには、Si基板にホウ素B等
を高濃度に拡散させて生成したシリコンp++−Si層
と、金属薄膜との2種類の材料から成る熱電対が複数形
成されている。これら個々の熱電対をそれぞれ接続する
ことで熱電対群を形成している。
In the thermopile, a plurality of thermocouples made of two kinds of materials, a silicon p ++- Si layer formed by diffusing boron B or the like in a Si substrate at a high concentration and a metal thin film, are formed. A thermocouple group is formed by connecting each of these individual thermocouples.

【0004】また、上記熱電対群の温接点は薄肉のダイ
アフラム上に形成され、冷接点はSi基板側に形成され
ている。このダイアフラムは絶縁膜を基体として形成さ
れ、ダイアフラムの表側には金属薄膜配線が、裏側には
++−Si配線が形成され、表裏導通させることにより
温接点が形成されている。このような構成とすること
で、温接点と冷接点との間に生じる温度差に起因して、
ゼーベック効果によりサーモパイルに熱起電力が生じ
る。
The hot junction of the thermocouple group is formed on a thin diaphragm, and the cold junction is formed on the Si substrate side. This diaphragm is formed by using an insulating film as a substrate, a metal thin film wiring is formed on the front side of the diaphragm, and a p ++- Si wiring is formed on the back side of the diaphragm, and a hot junction is formed by conducting the front and back sides. With such a configuration, due to the temperature difference between the hot junction and the cold junction,
Thermo-electromotive force is generated in the thermopile by the Seebeck effect.

【0005】次に、上記サーモパイルを形成するプロセ
スの一部を説明する。図5にp++−Si配線がSi基板
62上に形成されるプロセスを示した。まず、図5(a)
において、Si基板62の表裏面を酸化させることによ
りSiO2膜72を形成する。次いで、図5(b)におい
て、フォトリソグラフィ法により、所望のp++−Si配
線の形状に合わせてマスクし、その後エッチングを施す
ことでSiO2 膜72を選択的に除去することで窓73
を形成する。そして、Si基板62上面からSi基板6
2内にホウ素Bを高濃度に拡散することによりp++−S
i層74を形成する。
Next, a part of the process for forming the thermopile will be described. FIG. 5 shows a process of forming the p ++- Si wiring on the Si substrate 62. First, Fig. 5 (a)
At, the SiO 2 film 72 is formed by oxidizing the front and back surfaces of the Si substrate 62. Next, in FIG. 5B, a window 73 is formed by masking by photolithography according to the desired shape of the p ++- Si wiring, and then performing etching to selectively remove the SiO 2 film 72.
To form. Then, from the upper surface of the Si substrate 62, the Si substrate 6
P + + -S
The i layer 74 is formed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
サーモパイルにおいては、p++−Si層74をSi基板
62上に形成するプロセスにおいて、図5(c)に示すよ
うに、p++−Si層74とSi基板62との境界が明確
ではなく、しかも、ホウ素Bの拡散は深さ方向だけでな
く横方向にも進展するため、図5(c)のM点のように隣
接するp++−Si層74からの拡散部が交わることがあ
る。このように、隣接位置に形成されたp ++−Si層7
4同士が交わると、前記M点で電気的リークが発生し、
熱電対としての機能が果たせなくなるという問題が生じ
る。そこで、隣接するp++−Si層の間隔δを広く設定
しておけば上記問題は解決されるが、この間隔δを広げ
ることは、サーモパイルの温接点の接点間隔を接近させ
て接点密度を高め、サーモパイルの出力を増大させる要
求とは相反することになる。
[Problems to be Solved by the Invention]
In thermopile, p++-Si layer 74 is a Si substrate
In the process of forming on 62, as shown in FIG.
Sea urchin p++-The boundary between the Si layer 74 and the Si substrate 62 is clear
Moreover, the diffusion of boron B is not limited to the depth direction.
Since it also extends laterally, it is adjacent to the point M as shown in Fig. 5 (c).
Contact p++-Diffusion parts from the -Si layer 74 may intersect.
It Thus, the p formed at the adjacent position ++-Si layer 7
When 4 intersect each other, an electrical leak occurs at the point M,
There is a problem that the function as a thermocouple cannot be fulfilled.
It Therefore, adjacent p++-Set the spacing δ between Si layers to be wide
If this is done, the above problem will be solved, but this interval δ will be increased.
To do this, close the contact intervals of the thermopile hot junctions.
To increase contact density and increase thermopile output.
It will be contrary to the request.

【0007】また、p++−Siはエッチング液に対して
全く溶解しない訳ではなく、特に不純物の高濃度拡散の
後にSiO2膜を成膜したp++−Si表面は、比較的エ
ッチング速度が速いため長い時間エッチングすると溶解
してしまう。この現象は、SiO2膜を生成したp++
Si表面は、不純物がSi内を移動することで表面側の
不純物濃度が低下するために引き起こされると考えられ
る。また、エッチング速度はp++−Si層の側面が比較
的速まる特性を有している。このため、例えば図6(a)
に示すp++−Si層81が形成されたSi基板51に、
SiO2膜82を形成すると共に金属薄膜83との電気
接点81aを形成したp++−Siの構造(即ち、後述の
図3に示す温接点の構造)においては、Si基板51を
除去するエッチング時にp++−Si層81の上面81a
及び側面81bが上記理由により溶解し、ついには図6
(b)に示すように電気接点81aにおける導通が断たれ
るという問題を生じる。
Further, p ++ -Si is not always dissolved in an etching solution, and in particular, the p ++ -Si surface on which the SiO 2 film is formed after the high concentration diffusion of impurities has a relatively high etching rate. Since it is fast, it will dissolve if it is etched for a long time. This phenomenon is caused by the p ++ − generated SiO 2 film.
It is considered that the Si surface is caused because the impurity concentration on the surface side is lowered due to the movement of impurities in Si. Further, the etching rate has a characteristic that the side surface of the p ++- Si layer is relatively fast. Therefore, for example, in FIG.
On the Si substrate 51 on which the p ++- Si layer 81 shown in FIG.
In the structure of p ++ -Si in which the SiO 2 film 82 is formed and the electric contact 81a with the metal thin film 83 is formed (that is, the structure of the hot junction shown in FIG. 3 described later), the etching for removing the Si substrate 51 is performed. Sometimes p ++- Si layer 81 upper surface 81a
And the side surface 81b are melted for the above reason, and finally, as shown in FIG.
As shown in (b), there arises a problem that the electrical contact 81a is disconnected.

【0008】このような問題の発生を防止するために
は、不純物拡散深さ、パターン線幅、エッチング液種
類、エッチング時間、エッチング温度等の諸条件を適切
に且つ正確に選定・調整する必要がある。しかし、これ
らの設定は微妙であり、常に正確に合わせることはプロ
セスを複雑化させることになり、その結果、コストアッ
プに繋がることになる。
In order to prevent the occurrence of such a problem, it is necessary to properly and accurately select and adjust various conditions such as an impurity diffusion depth, a pattern line width, an etching solution type, an etching time and an etching temperature. is there. However, these settings are delicate, and always adjusting them accurately complicates the process, resulting in an increase in cost.

【0009】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、不純物拡散されたp++−Siを、簡便にして精
度良く所望の形状に作製できると共に、サーモパイルの
熱電対の接点密度を増大させることができるサーモパイ
ルの作製方法、及びその構造を提供することを目的とし
ている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and p + + -Si diffused with impurities can be simply and accurately formed into a desired shape, and the contact density of the thermocouple of the thermopile can be improved. It is an object to provide a method for producing a thermopile that can be increased, and a structure thereof.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】 そこで本発明は、上記
目的達成のため、Si基板上に拡散、成膜及びエッチン
グ処理を選択的に施すことにより、ダイアフラム上に配
線及び電極を形成するサーモパイルの作製方法におい
て、Si基板表面に不純物を拡散させて不純物拡散Si
層を形成し、該不純物拡散Si層の表面を所望のパター
ンでマスクしてドライ・エッチング法により選択的に除
去し、前記ドライ・エッチング法により除去された不純
物拡散Si層の除去部側面を含むSi基板表面にエッチ
ストップ膜を形成することで、前記Si基板のエッチン
グ時に前記不純物拡散Si層の側面の溶解を防止するよ
うにした。このように、ドライ・エッチングにより略垂
直方向に不純物拡散Si層が除去されて配線及び電極パ
ターンが形成されるため、微細なパターンを正確に作製
することができる。また、除去された不純物拡散Si層
の側面をエッチストップ膜により包囲することにより、
ダイアフラム作製時等のSi基板のエッチング時に、不
純物拡散Si層の除去部側面や例えばSiO2膜等のエ
ッチストップ膜との接触面が過剰に溶解されることを防
止でき、所望の配線及び電極形状に精度良く加工するこ
とができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a thermopile in which wiring and electrodes are formed on a diaphragm by selectively performing diffusion, film formation, and etching on a Si substrate. In the manufacturing method, impurities are diffused on the surface of the Si substrate by diffusing impurities.
A layer is formed, the surface of the impurity-diffused Si layer is masked with a desired pattern and selectively removed by a dry etching method, and a side surface of the removed portion of the impurity-diffused Si layer removed by the dry etching method is included. Si by forming the etch stop film on the substrate surface, and to prevent the dissolution of the side surface of the impurity diffusion Si layer during the etching of the Si substrate. Thus, since the impurity-diffused Si layer is removed in a substantially vertical direction by dry etching to form the wiring and electrode patterns, a fine pattern can be accurately manufactured. In addition, by surrounding the side surface of the removed impurity diffusion Si layer with an etch stop film,
It is possible to prevent the side surface of the removed portion of the impurity diffusion Si layer and the contact surface with the etch stop film such as the SiO2 film from being excessively dissolved during the etching of the Si substrate such as when manufacturing the diaphragm, so that the desired wiring and electrode shape can be obtained. It can be processed with high precision.

【0011】また、前記パターンは、熱電対の温接点を
含むパターンであることが好ましい。このように、配線
の短絡や抵抗値のバラツキを生じさせることなく熱電対
の温接点を微細化して接点密度を増大させることで、サ
ーモパイルの出力を向上させることができる。
Further, it is preferable that the pattern includes a hot junction of a thermocouple. Thus, the output of the thermopile can be improved by miniaturizing the hot junctions of the thermocouple and increasing the contact density without causing a short circuit in the wiring or a variation in the resistance value.

【0012】そして、上記のいずれかの作製方法により
作製したサーモパイルの構造により、上記目的を達成す
ることができる。このように、不純物が拡散されたシリ
コンp++−Siを用いたサーモパイルの構造を簡便なプ
ロセスにより高い精度で作製することができ、サーモパ
イルの機能を安定してより確実に発揮することができ
る。
The above object can be achieved by the structure of the thermopile produced by any one of the above production methods. As described above, the structure of the thermopile using the silicon p ++- Si in which the impurities are diffused can be manufactured with high accuracy by a simple process, and the function of the thermopile can be stably and more reliably exhibited. .

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】まず、本発明の実施形態に係るサ
ーモパイルの構成を図面を参照しつつ以下に説明する。
図1は本発明の実施形態における流速センサの平面図で
ある。流速センサ1は、支持基板であるSi基板2と、
SiO2膜及びSi34膜から構成される薄肉状のダイ
アフラム3と、ダイアフラム3上に形成され流体物を加
熱するマイクロヒータ4と、マイクロヒータ4の流体流
れ下流側のダイアフラム3上に、基準温度側となる冷接
点形成部分を除いて形成された下流側サーモパイル5
と、電源端子6a,6bを有し、マイクロヒータ4に駆動
電流を供給するための電源配線6と、出力端子7a,7b
を有し、下流側サーモパイル5から出力される信号を出
力端子7a,7bを介して外部へ出力する第1出力配線7
と、マイクロヒータ4の上流側に、冷接点形成部分を除
いてダイアフラム3上に形成された上流側サーモパイル
8と、出力端子9a,9bを有し、上流側サーモパイル8
から出力される信号を出力端子9a,9bを介して外部へ
出力する第2出力配線9と、を備えて構成されている
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the structure of a thermopile according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a flow velocity sensor according to the embodiment of the present invention. The flow velocity sensor 1 includes a Si substrate 2 which is a support substrate,
A thin diaphragm 3 composed of a SiO 2 film and a Si 3 N 4 film, a micro-heater 4 formed on the diaphragm 3 for heating a fluid substance, and a diaphragm 3 on the downstream side of the micro-heater 4 in the fluid flow, Downstream thermopile 5 formed excluding the cold junction forming portion on the reference temperature side
A power supply wiring 6 for supplying a driving current to the micro-heater 4 and output terminals 7a, 7b.
And the first output wiring 7 for outputting the signal output from the downstream side thermopile 5 to the outside through the output terminals 7a and 7b.
And an upstream side thermopile 8 formed on the diaphragm 3 except the cold junction forming portion and output terminals 9a and 9b on the upstream side of the microheater 4, and the upstream side thermopile 8
A second output wiring 9 for outputting the signal output from the output terminal 9a, 9b to the outside through the output terminal 9a, 9b.

【0014】この流速センサにおいては、上流側サーモ
パイル8と下流側サーモパイル5は同様な構成であるた
め、下流側サーモパイル5について説明することにす
る。次に、サーモパイルの感温部の詳細な構成を説明す
る。図2はサーモパイルの構成を概念的に表した拡大平
面図、図3はサーモパイルの断面図を示している。サー
モパイルは、図2に示すようにSi基板内にホウ素Bを
高濃度に拡散させて形成したp++−Si配線と、真空蒸
着法等により形成したAl薄膜配線を、その配線端部で
それぞれ電気的に連結して冷接点5a及び温接点5bを
形成することで、複数の熱電対を形成している。
In this flow velocity sensor, the upstream side thermopile 8 and the downstream side thermopile 5 have the same structure, so the downstream side thermopile 5 will be described. Next, a detailed configuration of the thermosensitive portion of the thermopile will be described. 2 is an enlarged plan view conceptually showing the structure of the thermopile, and FIG. 3 is a sectional view of the thermopile. As shown in FIG. 2, the thermopile has p ++ -Si wiring formed by diffusing boron B in a Si substrate at a high concentration and Al thin film wiring formed by a vacuum deposition method or the like at the wiring end portions, respectively. A plurality of thermocouples are formed by electrically connecting to form the cold junction 5a and the hot junction 5b.

【0015】また、図3に示すように、サーモパイル5
の環境温度検出側である冷接点5aは、Si基板2(厚
さ約400μm)のダイアフラム3を形成していない部
分に設けられ、サーモパイル5の温度検出側である温接
点5bはSiO2膜及びSi34膜から構成されるダイ
アフラム3(厚さ約1μm)上に設けられている。次
に、図4に基づいてサーモパイルの作製プロセスを説明
する。図4は図2に示すA−A'断面を示したものであ
る。まず、図4(a)に示すように、Si基板2にp型不
純物であるホウ素Bをイオン注入法又は熱拡散法により
高濃度でSi基板に拡散させることでp++−Si層10
を形成する。次に、図4(b)に示すように、フォトリソ
グラフィ法によりp++−Si層10の上面を図2に示す
温接点5bの接点間隔でレジスト層11に開口部11a
を形成する。
Further, as shown in FIG. 3, the thermopile 5
The cold junction 5a, which is the ambient temperature detection side, is provided in a portion of the Si substrate 2 (thickness: about 400 μm) where the diaphragm 3 is not formed, and the hot junction 5b, which is the temperature detection side of the thermopile 5, is made of SiO 2 film and It is provided on the diaphragm 3 (thickness: about 1 μm) composed of a Si 3 N 4 film. Next, a thermopile manufacturing process will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a cross section taken along the line AA ′ shown in FIG. First, as shown in FIG. 4A, the p + -Si layer 10 is formed by diffusing a high concentration of boron B, which is a p-type impurity, into the Si substrate 2 by an ion implantation method or a thermal diffusion method.
To form. Next, as shown in FIG. 4B, the opening 11a is formed in the resist layer 11 on the upper surface of the p ++- Si layer 10 by the photolithography method at the contact intervals of the hot contacts 5b shown in FIG.
To form.

【0016】そして、図4(c)に示すように、ドライ・
エッチング法としての反応性イオンエッチング(RI
E;Reactive Ion Etching)法等により、前記開口部1
1a下方のp++−Si層10を略垂直方向に除去する。
このエッチングは、時間制御によりp++−Si層10の
厚み分が除去された時点で終了させるように制御する。
このプロセスにより、p++−Si層10を直接的に所望
のパターンに形成する。
Then, as shown in FIG.
Reactive ion etching (RI
E; Reactive Ion Etching) method, etc.
The p ++- Si layer 10 below 1a is removed in a substantially vertical direction.
This etching is controlled to be terminated when the thickness of the p ++- Si layer 10 is removed by time control.
By this process, the p ++- Si layer 10 is directly formed into a desired pattern.

【0017】次に、p++−Si層10上のレジスト層1
1を除去した後、表面に所望のパターンが形成されたp
++−Si層10と表出されたSi基板2の面、及び裏面
のSi基板2面を共に熱処理等により酸化させることで
SiO2膜を形成し、さらに、Si34膜をCVD等に
より形成する。これによりSi34/SiO2 12を形
成する。尚、このSi34/SiO2 12は、SiO2
膜、又はSi34の単層であってもよく、Si34/S
iO2の上面にさらにSiO2膜を形成したSiO2/S
34/SiO2であってもよい。上記Si34/Si
2 12は、エッチング速度がSiに対して大きく低下
する特性を有するため、Si基板2に対して選択的なエ
ッチングが行えることになる。
Next, the resist layer 1 on the p ++- Si layer 10 is formed.
After removing 1, the desired pattern was formed on the surface p
+ + -Si layer 10 and the exposed surface of Si substrate 2 and the back surface of Si substrate 2 are both oxidized by heat treatment or the like to form a SiO 2 film, and further Si 3 N 4 film is subjected to CVD or the like. Formed by. Thereby, Si 3 N 4 / SiO 2 12 is formed. In addition, this Si 3 N 4 / SiO 2 12 is SiO 2
Film, or it may be a single layer of Si 3 N 4, Si 3 N 4 / S
SiO 2 / S is further formed an SiO 2 film on the upper surface of the iO 2
It may be i 3 N 4 / SiO 2 . The above Si 3 N 4 / Si
Since O 2 12 has a characteristic that the etching rate is significantly lower than that of Si, O 2 12 can selectively etch the Si substrate 2.

【0018】次に、図4(e)に示すようにSi基板2の
上下両面にレジスト層13を形成する。基板上面はコン
タクトホール13aに対応するマスクを形成して露光を
行い、また、基板下面はダイアフラムに対応するマスク
を形成して露光を行う。すると、図4(f)に示すよう
に、基板上面はコンタクトホール13a部分のSi34
/SiO2 12が除去され、基板下面はダイアフラム部
分以外のSi34/SiO2層が除去される。
Next, as shown in FIG. 4E, resist layers 13 are formed on both upper and lower surfaces of the Si substrate 2. The upper surface of the substrate is exposed by forming a mask corresponding to the contact hole 13a, and the lower surface of the substrate is exposed by forming a mask corresponding to the diaphragm. Then, as shown in FIG. 4 (f), the upper surface of the substrate is covered with Si 3 N 4 in the contact hole 13a.
/ SiO 2 12 is removed, and the Si 3 N 4 / SiO 2 layer other than the diaphragm portion is removed from the lower surface of the substrate.

【0019】そして、図4(g)に示すように、配線用の
Al薄膜14を真空蒸着法等により形成し、フォトリソ
グラフィ法とエッチングにより配線部分だけを残して不
要なAl薄膜を除去する。また、図示しないが、Pt薄
膜からなるサーモパイル用電極も同様にして例えば真空
蒸着法等により形成する。
Then, as shown in FIG. 4 (g), an Al thin film 14 for wiring is formed by a vacuum deposition method or the like, and an unnecessary Al thin film is removed by photolithography and etching, leaving only the wiring portion. Although not shown, a thermopile electrode made of a Pt thin film is similarly formed by, for example, a vacuum vapor deposition method.

【0020】さらに、Si基板2の下側に対して、Si
34/SiO2をマスクとして基板下側から異方性エッ
チングを行い、凹部を形成することで、ダイアフラム3
を形成する。
Further, with respect to the lower side of the Si substrate 2, Si
The diaphragm 3 is formed by performing anisotropic etching from the lower side of the substrate using 3 N 4 / SiO 2 as a mask to form a recess.
To form.

【0021】この異方性エッチングとは、例えば、ヒド
ラジン、TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydride)、
水酸化カリウム(KOH)等の異方性エッチング剤を用
いて行う。これらのエッチング剤はSiの(100)面
を選択的にエッチングし、(111)面を表出させる特
性を有する。したがって、このような異方性エッチング
を行う場合は(100)面を有するSiウェーハを用い
る。また、これらのエッチング剤は、高濃度のp++−S
iに対してエッチストップが働き、前工程で形成された
++−Si層は除去されずに残る。本実施形態において
は、p++−Si層10がエッチストップ膜としてのSi
34/SiO2 12により周囲を包囲されているため、
部分的に存在する低濃度のp+−Si部や側面の溶解が
確実に防止される。
The anisotropic etching is, for example, hydrazine, TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydride),
An anisotropic etching agent such as potassium hydroxide (KOH) is used. These etching agents have the property of selectively etching the (100) plane of Si and exposing the (111) plane. Therefore, when performing such anisotropic etching, a Si wafer having a (100) plane is used. In addition, these etching agents have a high concentration of p ++ -S.
The etch stop acts on i, and the p ++- Si layer formed in the previous step remains without being removed. In the present embodiment, the p ++- Si layer 10 is Si as an etch stop film.
Since it is surrounded by 3 N 4 / SiO 2 12,
Dissolution of the low-concentration p + -Si portion and the side surface that are partially present is reliably prevented.

【0022】尚、このエッチング処理は、異方性エッチ
ングに限らず、エッチストップが働くエッチング方法で
あればよい。また、上記のように基板下側からでなく、
基板上側から異方性エッチング剤を注入してエッチング
することにより、図4(i)に示すようにSi基板2をア
ンダーカットしてダイアフラム3を形成することもでき
る。以上のプロセスにより、サーモパイル5が形成され
る。また、サーモパイル8に付いても同様にして形成さ
れる。尚、Si基板2の表面に外界からの損傷を防止す
る保護層としてのSiO2膜等を形成してもよい。
The etching treatment is not limited to anisotropic etching, and any etching method that causes an etch stop may be used. Also, as described above, not from the bottom side of the substrate,
By injecting an anisotropic etching agent from the upper side of the substrate and performing etching, the Si substrate 2 can be undercut to form the diaphragm 3 as shown in FIG. 4 (i). The thermopile 5 is formed by the above process. The thermopile 8 is also formed in the same manner. Incidentally, a SiO 2 film or the like may be formed on the surface of the Si substrate 2 as a protective layer for preventing damage from the outside.

【0023】本実施形態によるサーモパイルの作製方法
によれば、Si34/SiO2 12がp++−Si層10
の側面を包囲して形成されているため、エッチング速度
が比較的速くなる側面が確実に保護され、たとえエッチ
ング時間が過剰となってもp ++−Si層10が余分に除
去されることを防止することができる。このため、所望
のパターンを精度良く形成することができると共に、エ
ッチング時間の管理が容易になり、プロセスが簡略化さ
れコストダウンを図ることができる。そして、これによ
り歩留まりを向上させることができる。
The method for producing a thermopile according to the present embodiment
According to Si3NFour/ SiO212 is p++-Si layer 10
Since it is formed by surrounding the side surface of the
The side that is relatively fast is reliably protected, even if it is an etch
P ++-Si layer 10 is removed
It can be prevented from leaving. For this reason
Pattern can be accurately formed, and
Easier to manage touch time, simplifying the process
The cost can be reduced. And this
The yield can be improved.

【0024】また、本作製方法においては、不純物を選
択された領域だけに拡散させる従来方式によってp++
Si層10を形成する場合のように、深さ方向以外の拡
散の影響によりマスクパターン通りの形状のp++−Si
層が得られなかったり、これを回避するため隣接するマ
スク穴間隔を所定間隔以上に設定するという規制がなく
なる。したがって、p++−Si層のパターンをリソグラ
フィ技術とドライ・エッチング技術の加工精度の限界ま
で微細化することができる。これにより、不純物の拡散
状態等に起因する配線の短絡や抵抗値のバラツキを生じ
させることなく、サーモパイルの熱電対接点の接点間隔
を短縮することができ、熱電対の接点密度を高めてサー
モパイルの出力を増大させることができる。また、サー
モパイルの配線や電極パターンを微細化することで、サ
ーモパイルをより小型化することが可能となり、サーモ
パイル自体の適用範囲をより拡大することができる。
Further, in the present manufacturing method, p ++ − is formed by the conventional method of diffusing the impurities only in the selected region.
As in the case of forming the Si layer 10, p ++- Si having a shape according to the mask pattern due to the influence of diffusion other than the depth direction.
There is no regulation that a layer cannot be obtained or that the distance between adjacent mask holes is set to a predetermined distance or more to avoid this. Therefore, the pattern of the p ++- Si layer can be miniaturized to the limit of the processing accuracy of the lithography technique and the dry etching technique. As a result, it is possible to shorten the contact interval of the thermocouple contacts of the thermopile without causing a short circuit of the wiring or a variation in the resistance value due to the diffusion state of impurities, etc., and increase the contact density of the thermocouple to increase the thermopile contact density. The output can be increased. Further, by miniaturizing the wiring and electrode pattern of the thermopile, the thermopile can be further downsized, and the application range of the thermopile itself can be further expanded.

【0025】尚、上記のようにサーモパイルの一例とし
て、流速センサに用いられるサーモパイルを掲げて説明
してきたが、本発明によるサーモパイルの作製方法は、
上記実施形態の流速センサに限定されることなく、例え
ば、流量センサ、赤外線センサ、ガスセンサ等の各セン
サに用いられるサーモパイルに対しても適用できると共
に、他のいかなる不純物拡散シリコン構造体に対しても
適用可能である。また、p型不純物を拡散させた不純物
拡散Si層は、リンP等のn型不純物を拡散させたもの
であってもよい。n型不純物の場合においても、上記同
様のプロセスにより同様な作用・効果を奏する。
Although the thermopile used for the flow velocity sensor has been described as an example of the thermopile as described above, the method for producing the thermopile according to the present invention is as follows.
The present invention is not limited to the flow velocity sensor of the above embodiment, and can be applied to, for example, a thermopile used for each sensor such as a flow sensor, an infrared sensor, and a gas sensor, and also to any other impurity-diffused silicon structure. Applicable. Further, the impurity-diffused Si layer in which the p-type impurity is diffused may be a layer in which an n-type impurity such as phosphorus P is diffused. Even in the case of n-type impurities, the same action and effect are obtained by the same process as above.

【0026】[0026]

【発明の効果】 本発明によれば、Si基板上に拡散、
成膜及びエッチング処理を選択的に施すことにより、ダ
イアフラム上に配線及び電極を形成するサーモパイルの
作製方法において、Si基板表面に不純物を拡散させて
不純物拡散Si層を形成し、該不純物拡散Si層の表面
を所望のパターンでマスクしてドライ・エッチング法に
より選択的に除去し、前記ドライ・エッチング法により
除去された不純物拡散Si層の除去部側面を含むSi基
板表面にエッチストップ膜を形成することで、前記Si
基板のエッチング時に前記不純物拡散Si層の側面の
解を防止する。これにより、略垂直方向に不純物拡散S
i層が除去されて配線及び電極パターンを形成するた
め、微細なパターンを高い精度で正確に作製することが
できる。また、除去された不純物拡散Si層の除去部側
面を含めてエッチストップ膜により包囲することによ
り、ダイアフラム作製時等に不純物拡散Si層の除去部
側面や例えばSiO2膜等のエッチストップ膜との接触
面が過剰に溶解することを防止でき、所望の配線及び電
極形状に精度良く加工することができる。
According to the present invention, diffusion on a Si substrate,
In a method for manufacturing a thermopile in which wiring and electrodes are formed on a diaphragm by selectively performing film formation and etching, an impurity diffused Si layer is formed by diffusing impurities on the surface of a Si substrate, and the impurity diffused Si layer is formed. The surface of the mask is masked with a desired pattern and selectively removed by a dry etching method, and an etch stop film is formed on the Si substrate surface including the side surface of the removed portion of the impurity diffusion Si layer removed by the dry etching method. Therefore, the Si
The side surface of the impurity-diffused Si layer is prevented from being melted when the substrate is etched. As a result, the impurity diffusion S in the substantially vertical direction is performed.
Since the i layer is removed to form the wiring and the electrode pattern, a fine pattern can be accurately manufactured with high accuracy. Also, by including the side surface of the removed portion of the removed impurity diffused Si layer with the etch stop film, the side surface of the removed portion of the impurity diffused Si layer and the contact with the etch stop film such as a SiO2 film are formed at the time of manufacturing a diaphragm. The surface can be prevented from being excessively melted, and the desired wiring and electrode shapes can be accurately processed.

【0027】また、簡便なプロセスでサーモパイルの配
線や電極パターンを不純物の拡散深さに依存することな
く正確に形成することができ、サーモパイルの配線の短
絡や接点間抵抗値のバラツキを防止しつつ、熱電対の接
点、とりわけ温接点の接点間隔をより短縮することがで
きる。このためサーモパイルの接点密度が高まり、サー
モパイルの出力を増大させることができる。
Further, the thermopile wiring and the electrode pattern can be accurately formed by a simple process without depending on the diffusion depth of impurities, and short-circuiting of the thermopile wiring and variation in the resistance value between contacts can be prevented. It is possible to further shorten the distance between the thermocouple contacts, especially the hot contacts. Therefore, the contact density of the thermopile is increased, and the output of the thermopile can be increased.

【0028】そして、比較的簡単な半導体製造装置であ
っても、本発明による作製方法を容易に適用することが
でき、上記効果を同様にして奏することができる。さら
に、不純物拡散用のマスクを設けるプロセスが不要とな
るため、サーモパイルの作製手順が簡略化され、作製時
間をより短縮することができる。
Even with a relatively simple semiconductor manufacturing apparatus, the manufacturing method according to the present invention can be easily applied, and the above effects can be obtained in the same manner. Furthermore, since the process of providing a mask for impurity diffusion is unnecessary, the procedure for producing the thermopile can be simplified and the production time can be further shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態に係るサーモパイルの構造を
示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a structure of a thermopile according to an embodiment of the present invention.

【図2】サーモパイルの熱電対の概念的な構成を示す説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a conceptual configuration of a thermopile thermocouple.

【図3】サーモパイルの縦断面の構成を示す断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a vertical cross section of the thermopile.

【図4】本発明のサーモパイルの製造プロセスの説明図
である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a thermopile manufacturing process of the present invention.

【図5】従来のサーモパイルの製造プロセスの一部を示
す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a part of a conventional thermopile manufacturing process.

【図6】従来のサーモパイルの接点部の様子を示す断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state of a contact portion of a conventional thermopile.

【符号の説明】 1 流速センサ 2 Si基板 3 ダイアフラム 5 下流側サーモパイル 5a 冷接点 5b 温接点 8 上流側サーモパイル 10 p++−Si薄膜 14 Al薄膜[Explanation of Codes] 1 Flow Rate Sensor 2 Si Substrate 3 Diaphragm 5 Downstream Thermopile 5a Cold Junction 5b Hot Junction 8 Upstream Thermopile 10 p ++- Si Thin Film 14 Al Thin Film

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Si基板上に拡散、成膜及びエッチング
処理を選択的に施すことにより、ダイアフラム上に配線
及び電極を形成するサーモパイルの作製方法において、 Si基板表面に不純物を拡散させて不純物拡散Si層を
形成し、該不純物拡散Si層の表面を所望のパターンで
マスクしてドライ・エッチング法により選択的に除去
し、前記ドライ・エッチング法により除去された不純物
拡散Si層の除去部側面を含むSi基板表面にエッチス
トップ膜を形成することで、前記Si基板のエッチング
時に前記不純物拡散Si層の側面の溶解を防止すること
を特徴とするサーモパイルの作製方法。
1. A method for producing a thermopile in which wiring and electrodes are formed on a diaphragm by selectively performing diffusion, film formation and etching treatment on a Si substrate, wherein impurities are diffused by diffusing impurities on the surface of the Si substrate. A Si layer is formed, the surface of the impurity diffused Si layer is masked with a desired pattern and selectively removed by a dry etching method, and the side surface of the removed portion of the impurity diffused Si layer removed by the dry etching method is removed. A method for producing a thermopile, comprising forming an etch stop film on a surface of an Si substrate including the layer to prevent dissolution of a side surface of the impurity diffusion Si layer during etching of the Si substrate.
【請求項2】 前記パターンは、熱電対の温接点を含む
パターンであることを特徴とする請求項1記載のサーモ
パイルの作製方法。
2. The method for producing a thermopile according to claim 1, wherein the pattern includes a hot junction of a thermocouple.
【請求項3】 請求項1又は請求項2記載のサーモパイ
ルの作製方法により形成したことを特徴とするサーモパ
イルの構造。
3. A thermopile structure formed by the method for producing a thermopile according to claim 1 or 2.
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