DE102011084020B4

DE102011084020B4 - Sensorelement

Info

Publication number: DE102011084020B4
Application number: DE102011084020.6A
Authority: DE
Inventors: Hiromoto Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: US8841734B2; DE102011084020A1; JP2012233847A; US20120286379A1; JP5419923B2

Abstract

Sensorelement (200), umfassend:
ein erstes Substrat (110), in dem ein Diaphragma (9) auf einer Hauptoberfläche konfiguriert ist;
ein zweites Substrat (111), das auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Diaphragma (9) des ersten Substrats (110) bereitgestellt ist;
eine Kavität (108a), die gerade unterhalb des Diaphragmas (9) des ersten Substrats (110) bereitgestellt ist;
eine Kavität (108a), die genau unterhalb des Verbindungsbereich zwischen dem ersten Substrat (110) und dem zweiten Substrat (111) für eine luftdichte Versiegelung der Kavität (108a) bereitgestellt ist; und
einen Erhöhungsabschnitt (132) einer Schutzschicht (118), der an dem Anpassungsabschnitt (113) bereitgestellt ist, und einen angepassten Verbindungszustand zwischen dem ersten Substrat (110) und dem zweiten Substrat (111) vor einem Fremdmaterial schützt,
wobei der Erhöhungsabschnitt (132) an einer Ecke der Schutzschicht (118) auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Diaphragma (9) des ersten Substrats (110) bereitgestellt ist, und wobei der Erhöhungsabschnitt (132) durch Bereitstellung einer Erhöhung auf dem Anpassungsabschnitt (113) durch die Schutzschicht (118) ausgebildet wird, wobei der Erhöhungsabschnitt (132) mit dem ersten Substrat (110) als eine Einheit bzw. integral ausgebildet ist.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Sensorelemente, die zum Beispiel unter Verwendung von Technologien für Halbleiter und mikroelektromechanische Systeme (im Folgenden als MEMS bezeichnet) erhalten werden.
Stand der Technik
Sensorvorrichtungen weisen in den letzten Jahren eine Mikrofabrikation und Techniken auf, die Technologien für Halbleiter und MEMS anwenden, und haben eine Tendenz zu einer höheren Sensitivität und komplizierteren Strukturen. Unter den Sensorvorrichtungen sind Beispiele von Sensorelementen, die jeweils eine kavitätsartige, Dünnfilmstruktur aufweisen, zum Beispiel ein Drucksensor, ein Ultraschallsensor und ein Flusssensor.
Derartige Sensorelemente werden von einem Wafer ausgebildet und werden jeweils mit einer Kavität bereitgestellt, die gerade unterhalb einer Hauptoberfläche ausgebildet ist, auf der eine Verdrahtung, eine Schaltung und dergleichen bereitgestellt sind. Die Kavität wird zum Beispiel durch ein Tiefätzen ausgebildet, unter Verwendung eines induktiv gekoppelten Plasmas-Plasmaätzens (engl. Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching, im Folgenden als ICP-RIE bezeichnet) von der Rückoberfläche des Elements, oder durch Nassätzen durch eine chemische Lösung aus Kaliumhydroxid (im Folgenden als KOH bezeichnet) und Tetramethylammoniumhydroxid (im Folgenden als TMAH bezeichnet). Zum Beispiel wird in dem Fall des Drucksensors ein Diaphragma bereitgestellt, in dem eine Erfassungseinheit durch eine Dünnfilm-Stresssteuerung au der Kavität unterstützt wird.
Ferner umfasst der Drucksensor einen Kapazitätstyp, der eine Änderung der elektrostatischen Kapazität in ein elektrisches Signal wandelt und erfasst, einen Piezowiderstandtyp und dergleichen. Der Piezowiderstandstyp wird mit einer Wheatstone-Brückenschaltung ausgebildet, einschließlich einer Vielzahl von Piezowiderständen in dem Diaphragma. Der Piezowiderstands-artige Drucksensor nutzt eine Funktion, die eine Änderung im Widerstand des Piezowiderstands in ein elektrisches Signal wandelt und erfasst für den Sensor, wobei die Widerstandsänderung des Piezowiderstands durch einen externen Druck verursacht wird. Im Übrigen umfasst der Piezowiderstands-artige Drucksensor einen differentiellen Drucksensor und einen absoluten Drucksensor, der einen absoluten Druck durch eine luftdichte Versiegelung der Kavität durch ein Basiselement misst.
Als nächstes wird die Struktur eines herkömmlichen absoluten Drucksensorelements 100 mit Bezug auf 7(I) bis 7(III) beschrieben. Zunächst ist 7(I) eine strukturelle Draufsicht, wobei das herkömmliche Sensorelement 100 von der oberen Seite betrachtet wird.
Das Sensorelement 100 umfasst Piezowiderstände 4, Anschlussfelder 7, eine Verdrahtung 5, die damit verbunden ist, eine Isolierschicht 6 und dergleichen. Ferner zeigt eine gestrichelte Linie in der Zeichnung die Position eines Diaphragmas 9. Ferner werden alle vier Piezowiderstände 4, die in der Zeichnung bereitgestellt sind, in dem Diaphragma 9 ausgebildet.
Ferner wird eine Kavität 8a gerade unterhalb des Diaphragmas 9 ausgebildet und die Kavität 8a wird unter Vakuum luftdicht versiegelt. Im Übrigen bezeichnet Bezugszeichen 16 einen Kratzer, der auf der hinteren Oberflächenseite eines Silizium-auf-Isolator-(im Folgenden als SOI bezeichnet)Wafers 10 auftritt, und der Kratzer 16 reicht von der Kavität 8a bis zu der ausgeschnittenen Oberfläche des Sensorelements 100. Bezugszeichen 17 bezeichnet ein anhaftendes Fremdmaterial, das auf der hinteren Oberfläche des SOI-Wafers 10 verblieben ist. Im Übrigen zeigt die strukturelle Draufsicht des Sensorelements 100 eine Form, die durch ein Trennschneiden oder dergleichen ausgeschnitten und separiert ist.
Ferner ist 7(II) eine Ansicht einer hypothetischen Querschnittstruktur, die die Struktur des Sensorelements 100 zeigt, das durch Abtrennen eines A-A' Abschnitts einer gestricheltgepunkteten Linie, die in der strukturellen Draufsicht der 7(I) gezeigt ist, erhalten wird. Das Sensorelement 100 weist eine Struktur auf, in der ein Basiselement 11 eines anderen Glas-Wafers mit dem SOI-Wafer 10 verbunden ist, und wobei die Kavität 8 innerhalb derselben ausgebildet ist. Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Anpassungsabschnitt.
Als nächstes wird eine Wheatstone-Brückenschaltung, die aus den Piezowiderständen 4 und der Verdrahtung 5 aufgebaut ist, die auf dem Diaphragma 9 bereitgestellt sind, auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 10 ausgebildet. Die Wheatstone-Brückenschaltung wird mit der Isolierschicht 6 beschichtet. Im Übrigen simuliert ein Abstand aufgrund des Kratzers 16 den Kratzer, der auf dem Anpassungsabschnitt 13 auf der hinteren Oberflächenseite des SOI-Wafers 10 aufgetreten ist.
Als nächstes wird eine Ansicht einer hypothetischen Querschnittstruktur der 7(III) beschrieben. Die strukturelle Querschnittsansicht zeigt eine Querschnittstruktur der Struktur des Sensorelements 100, das durch Abtrennen eines B-B' Abschnitts einer gestricheltgepunkteten Linie erhalten wird, die in der strukturellen Draufsicht der 7(I) gezeigt ist, wie in 7(II). Bezugszeichen 17 bildet das anhaftende Fremdmaterial nach, das auf dem Anpassungsabschnitt 13 verblieben ist. Ferner bildet die Zeichnung einen Zustand ab, in dem das anhaftende Fremdmaterial 17 zu einer Erhöhung wird, und der Anpassungsabschnitt 13 entsprechend darauf gleitet.
Als nächstes werden die Prozesse zum Erhalten der Struktur des herkömmlichen Sensorelements 100 in einer numerischen Reihenfolge entlang eines Flussdiagramms der 8(1) bis 8(6) beschrieben. Die 8(1) bis 8(6) zeigen ein Prozessflussdiagramm einer hypothetischen Querschnittsstruktur der Struktur des Sensorelements 100, das durch Abtrennen eines C-C' Bereichs einer gestricheltgepunkteten Linie erhalten wird, die in der strukturellen Draufsicht der 7(I) gezeigt ist.
Zunächst bezeichnet Bezugszeichen 10 dieses Prozessflussdiagramms einen SOI-Wafer, bei dem es sich um einen speziellen Wafer handelt, der umfasst: eine n-artige Aktivschicht 1, bei der die Ebenenorientierung auf der oberen Seite der Hauptoberfläche (100) ist, wobei die n-artige Aktivschicht 1 aus Silizium oder dergleichen besteht; einen eingebetteten Oxidfilm 2; und ein unterstützendes Substrat 3 auf der hinteren Oberflächenseite. Der SOI-Wafer 10 wird zum Beispiel durch UNIBOND hergestellt, bei der es sich um eine Smart-Cut-Technologie handelt, oder durch eine Separation durch implantierten Sauerstoff (im Folgenden als SIMOX bezeichnet). In 8(1) werden die Piezowiderstände 4 und die Anschlussfelder 7, die durch das Störstellendiffusionsverfahren oder das Ionenimplantationsverfahren auf dem SOI-Wafer 10 ausgebildet sind, an den in der Zeichnung gezeigten Positionen ausgebildet.
Als nächstes wird eine Isolierschicht 6 auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 10 beschichtet (8(2)). Im Übrigen wird der Isolierfilm 6 auf der gesamten Hauptoberfläche des SOI-Wafers 10 beschichtet, indem ein Verfahren zum Sputtern oder zum chemischen Gasphasenabscheiden (im Folgenden als CVD bezeichnet) verwendet wird. In dem Beschichtungsprozess des Isolierfilms 6, wird der Isolierfilm 6 auch auf den Anschlussfeldern 7 beschichtet; und daher wird eine Ätzbearbeitung zum Öffnen der Anschlussfelder benötigt. Zuerst wird eine Abdeckmaske auf einem Bereich mit Ausnahme eines Öffnungsabschnitts des Anschlussfelds 7 bereitgestellt; und dann wird der nicht notwendige Isolierfilm 6, der auf dem Anschlussfeld 7 bereitgestellt ist, durch Trockenätzen entfernt, indem zum Beispiel ein Mischgas aus, zum Beispiel, einem Fluor-basierten Gas und Sauerstoff (O2) verwendet wird. Dieser Prozess wird durchgeführt und entsprechende wird eine strukturelle Querschnittansicht der 8(2) erhalten.
Eine Verarbeitung, die durch die Verarbeitung der hinteren Oberflächenseite des SOI-Wafers 10 verankert wird, wird in der anschließenden Bearbeitung der 8(3) durchgeführt. In 8(3) wird eine Bearbeitung zum Beschichten beider Oberflächen des SOI-Wafers 10 mit Masken durchgeführt. Zuerst wird eine Schutzmaske 14 auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 10 ausgebildet. Es ist beabsichtigt, dass die Schutzmaske 14 die Hauptoberfläche schützt; und daher kann zum Beispiel die Beschichtung mit dem Abdeckmittel (engl. Resist) auf der gesamten Oberfläche durchgeführt werden.
Als nächstes wird eine Strukturierung einer Hinterseitenmaske 15 zum Ausbilden einer Kavität 8a auf der hinteren Oberfläche des SOI-Wafers 10 durchgeführt, durch ein photoempfindliches Mittel, wie zum Beispiel das Abdeckmittel (engl. Resist). Zuerst wird ein Abdeckmittelbeschichten durchgeführt. Als nächstes wird eine Belichtung, die mit der Maske überlagert ist, durchgeführt, zum Beispiel mit einer Vorrichtung wie zum Beispiel ein doppelseitiger Ausrichter, unter Verwendung einer Ausrichtungsmarkierung auf der Hauptoberfläche; schließlich wird eine Bearbeitungsprozedur in einer Entwicklerlösung durchgeführt, und entsprechend wird ein Muster eines Öffnungsabschnitts 12 erhalten.
Als nächstes wird in 8(4) ein Tiefenätzen unter Verwendung von ICP-RIE von der hinteren Oberflächenseite des SOI-Wafers 10 durchgeführt. Dieses Ätzen wird durchgeführt; und die Kavität 8a wird entsprechend genau unterhalb eines Diaphragmas 9 ausgebildet. Im Übrigen wird, wie in der Zeichnung gezeigt, die hintere Seitenmaske 15 dünner als die ursprüngliche Filmdicke, da diese dem Plasma durch die ICP-RIE-Ätzbearbeitung für eine lange Zeit ausgesetzt ist. Daher ist ein Material, das für die hintere Seitenmaske 15 ausgewählt wird, für ein durch Ätzen ausgewähltes Verhältnis mit Silizium erforderlich und es ist wichtig, die Filmdicke oder das Material der hinteren Seitenmaske 15 auszuwählen, so dass die für die Filmdicke benötigte Menge als Menge in dem Prozess zum Tiefengraben von dem unterstützenden Graben von dem unterstützenden Substrat 3 zu dem eingebetteten Oxidfilm 2 nicht entfernt wird.
Als nächstes werden in 8(5) die Schutzmaske 14 und die Hinterseitenmaske 15, die auf beiden Oberflächen des SOI-Wafers 10 beschichtet sind, unter Verwendung eines Bearbeitungsverfahrens entfernt, wie zum Beispiel eine Plasmaveraschungsvorrichtung unter Verwendung von Sauerstoffgas und einer Resist-Stripperlösung. Die Prozessbearbeitung der hinteren Oberfläche des SOI-Wafers 10 wird durch die obige Bearbeitung abgeschlossen. Schließlich wird ein Verbinden bzw. Bonden mit einem Basiselement 11 in 8(6) durchgeführt; und entsprechend wird die Struktur des herkömmlichen Sensorelements 100 erhalten.
Im Übrigen bezeichnet Bezugszeichen 13 in 8(6) einen Anpassungsabschnitt. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird die gesamte hintere Oberfläche des SOI-Wafers 10 mit Ausnahme der Kavität 8a als Anpassungsabschnitt 13 verwendet. Darüber hinaus wird. ein Prozess eines Piezowiderstands-artigen Drucksensorelements unter Verwendung eines SOI-Wafers 10 in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 2008-190970 eingeführt.
Dokumente im Stand der Technik

Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 2008-190970 A
Patentdokument 2: japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 2008-88017 A .

US 2007/0210392 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, bei der ein Halbleitersensorchip mit einem Diaphragma zum Erfassen von Druckvariationen auf Grundlage von Verschiebungen davon an der oberen Oberfläche eines Substrats vorgesehen ist, wobei das Substrat geschützt wird, derart, dass ein Hohlraum ausgebildet wird, der den Halbleitersensorchip zwischen dem Substrat und dem Schutz umspannt.
DE 10 2008 007 682 A1 offenbart ein Modul mit einem mikro-elektronischen Mikrofon, wobei ein Substrat mit einer wannenförmigen Vertiefung bereitgestellt wird und das Mikrofon in die wannenförmige Vertiefung des Substrats montiert ist.
DE 10 2008 002 157 A1 beschreibt ferner ein Sensorelement zur Messung von Infrarot-Strahlung und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
US 2009/0029500 A1 lehrt die Herstellung einer hermetischen Verpackung für Bauelemente auf einem Substratwafer.
US 2006/0246631 A1 offenbart elektro- und nanoelektromechanische Systeme mit mechanischen Strukturen, die unter Verwendung dünner Filme oder von Waferbonding-Techniken eingegossen werden.
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
In dem oben beschriebenen herkömmlichen Sensorelement wird die Schutzmaske 14 auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 10 bereitgestellt, und zwar bei dem Prozess der 8(3) in dem Prozessflussdiagramm der in den 8(1) bis 8(6) gezeigten Querschnittsstruktur. Die hintere Oberfläche des SOI-Wafers 10 ist bei diesem Schritt überhaupt nicht geschützt, und daher ist ein Kontakt mit einem Transfersystem unvermeidlich, das mit einer Ausrüstung ausgestattet ist, die mit der Prozessbearbeitung zusammenhängt. Zum Beispiel tritt aufgrund des Kontakts mit einer Vakuum-Spannvorrichtung ein Kratzer (engl. Scratch) 10 auf, und ein anhaftendes Fremdmaterial 17 oder dergleichen, das auf einem Förderband, einer Stangentransfervorrichtung (engl. Transfer Beam) oder dergleichen verbleibt, wird auf die hintere Oberflächenseite des SOI-Wafers 10 übertragen und bleibt daran haften. Wenn der Prozess, bei dem die Prozessbearbeitung eines Sensorelements 100 durch ein Umleiten einer vorhandenen Halbleiterausrüstung durchgeführt wird, als ein Beispiel betrachtet wird, ist ein einseitiger Prozess in der herkömmlichen Halbleiterausrüstung etabliert; und daher sind eine Vertiefung, wie zum Beispiel ein Kratzer 16 auf der hinteren Oberflächenseite des Wafers, der in Kontakt mit einem Transferroboter oder dergleichen gelangt, und eine Verschmutzung aufgrund des anhaftenden Fremdmaterials 17 nicht richtig bedacht.
Die 9(1) und 9(2) zeigen ein Beispiel des Auftretens eines anhaftenden Fremdmaterials 17 und eines Kratzers 16 in einem Beschichter/Entwickler (Beschichtungs- und Entwicklungsvorrichtung). 9(1) ist eine Ansicht, die eine Struktur abbildet, bei der ein SOI-Wafer 10 zu einem Beschichtungsaufnahmebehälter 28 des Beschichters/Entwicklers transferiert wird und rotiert. Im Folgenden wird ein Abdeck- bzw. Resistbeschichtungsprozess als Beispiel beschrieben. Zuerst werden ein Kassettenträger zur Aufnahme und ein Kassettenträger zum Entladen an dem Beschichter/Entwickler bereitgestellt; und ein Förderband, wie zum Beispiel ein Gummiband, und eine Stangentransfervorrichtung (engl. Transfer Beam), die aus einem metallischen Material besteht, werden für den Transfer verwendet. Zum Beispiel kommt der SOI-Wafer 10, der von dem Kassettenträger am Entladungsziel entladen wird, an dem Beschichtungsaufnahmebehälter 28 in der Zeichnung, und eine Vakuum-Spannvorrichtung 29 wird nach oben bewegt; entsprechend erfolgt ein Kontakt und eine Absorption. Die Vakuum-Spannvorrichtung 29 wird mit einer Grabenbearbeitung ausgebildet, um zum Beispiel Teflon anzusaugen, und weist ein Φ-Größe von 3 Inch auf (eine Kreisgröße von 3 Inch im Durchmesser).
Als Nächstes wird die Vakuum-Spannvorrichtung 29 nach unten bewegt, zu der Position, die in der Zeichnung gezeigt ist; und dann wird eine Resistbeschichtung über eine Düse 27 durchgeführt. Nachdem ein Überschußresist durch eine Hochgeschwindigkeitsrotation entfernt ist, wird ein Rotationsstopp des Wafers und eine Freigabe der Adsorption durchgeführt, und der SOI-Wafer 10 beginnt sich durch das Förderband an einen anderen Ort zu bewegen, an dem eine heiße Platte bereitgestellt ist. 9(2) zeigt die hintere Oberfläche des SOI-Wafers 10, bei dem der Resistbeschichtungsprozess abgeschlossen wurde. Wie in der Zeichnung gezeigt, tritt der kreisförmige Kratzer 16 an einer Auflage der Vakuum-Spannvorrichtung 29 auf. Dieser Kratzer tritt in dem Schritt auf, wenn der SOI-Wafer 10 adsorbiert, und dieser Kratzer wird ausgebildet, wenn eine harte Substanz, wie zum Beispiel ein Siliziumbruchteil an der Vakuum-Spannvorrichtung 29 haftet. Ferner wird der SOI-Wafer 10 bei den Schritten des Kontakts und der Adsorption etwas in eine θ-Richtung bewegt. Dies bewirkt ebenso, dass ein kontinuierlicher Kratzer 16 auf dem SOI-Wafer 10 ausgebildet wird. Dieser Siliziumbruchteil oder dergleichen wird von dem SOI-Wafer 10 oder dergleichen eingeführt.
Ferner sind die anhaftenden Fremdmaterialien 17 der 9(2) diejenigen, die anhaftende Fremdmaterialien 17 abbilden, wobei ein Resistschleier 31, der während der Hochgeschwindigkeitsrotation des SOI-Wafers 10 erzeugt wird und zur Seite der heißen Platte fliegt, an dem Förderband anhaftet, und dann auf die hintere Oberflächenseite des SOI-Wafers 10 übertragen wird. Ein solches anhaftendes Fremdmaterial 17 verunreinigt auch die Stangentransfervorrichtung, die für eine Bewegung zu der heißen Platte verwendet wird. Wenn ferner das anhaftende Fremdmaterial ein organisch basierendes Material ist, ist bedenklich, dass in dem Erhitzungsprozess von circa 400°C, der während einem anodischen Bonden durchgeführt wird, ein Gas von dem anhaftenden Fremdmaterial 17 entweicht. Die Entweichung des Gases führt zu der Möglichkeit eines Bondingdefekts des Anpassungsabschnittes 13. Ein weiteres Beispiel des anhaftenden Fremdmaterials 17 neben dem Beschichter/Entwickler, können ferner während der Prozessbearbeitung ein anorganisches anhaftendes Fremdmaterial 17, wie zum Beispiel ein metallisches Stück, und ein Siliziumstück an der hinteren Oberfläche des SOI-Wafers 10 anhaften. Wenn zum Beispiel das anhaftende Fremdmaterial 17 klein ist, mit einem Durchmesser von circa einigen zehn μm, fließt ein umgebener Bereich davon nicht, wie in der strukturellen Querschnittsansicht der 7(III) gezeigt; und von der Seite des verbundenen Basiselements 11 betrachtet, nukleiert das anhaftende Fremdmaterial 17 selbst und der davon umgebene Bereich scheint zu fließen. Der fließende Bereich existiert als ein unverbundener Bereich; und daher wird ein Kontaktbereich des Anpassungsabschnitts 13 reduziert und dies bewirkt, dass ein Faktor bezüglich einer Verschlechterung der luftdichten Versiegelung Grund zur Sorge ist. Unabhängig davon, ob das anhaftende Fremdmaterial hart oder weich ist, sind Gegenmaßnahmen gegen das anhaftende Fremdmaterial wichtig, das auf dem Anpassungsabschnitt 13 bei dem Verbindungsprozess mit dem Basiselement 11 verbleibt.
Ferner tritt der Kratzer 16 oft durch einen Kontakt mit dem Transfersystem und dergleichen der oben erwähnten Ausrüstung auf. In diesem Fall wird der Auftretungszustand des Kratzers 16 beschrieben, der durch einen Kontakt mit dem Transfersystem verursacht wird. Zum Beispiel tritt der Kratzer 16 in einem Inspektionsprozess auf, der durch den Transfer von Tweezern oder dergleichen durchgeführt wird, oder durch einen Kontakt mit einer Vakuum-Spannvorrichtung der Bearbeitungsausrüstung, einer Spannvorrichtung, einem Werkzeug usw. Bezüglich des Kratzers 16, der in dem Anpassungsabschnitt 13 auftritt, existieren zwei Arten von Kratzern, wobei einer ein Krater mit einer tiefen Bohrung ist und ein Siliziumstück umhergestreut wird, und der andere Krater ein kleiner ist, bei dem ein Graben des Kratzers flach ist und ein Siliziumstück nicht erzeugt wird. Beispiele, die ein luftdichtes Verhalten des Kavität 8a beeinflussen, sind zum Beispiel, einer, bei dem die Tiefe des Grabens des Kratzers 16 100 Å überschreitet, und einer, bei dem das Siliziumstück umhergestreut wird, und wobei insbesondere der Kratzer 16, der über der Kavität 8a zu der abgetrennten Oberfläche des absoluten Drucksensorelements 100 ausgebildet wird, ein Objekt ist. Derartige Kratzer bilden ein Leck-Wegelement aus, die ein langsames Leck verursachen; und daher werden Gegenmaßnahmen dagegen benötigt.
Unter den anhaftenden Fremdmaterialien 17 und den Kratzern 16 trifft ferner einer auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 10, bei dem die Piezowiderstände 4 und die Verdrahtung 5 vorhanden sind, auf, der durch ein stereoskopisches Mikroskop unterschieden werden kann; und daher kann eine Qualität leicht bestimmt werden. Es ist jedoch keinerlei Chip-Adresse auf der hinteren Oberflächenseite des SOI-Wafers 10 vorhanden; und daher ist die Identifizierung einer Position schwierig, selbst dann, wenn die Chip-Adresse gefunden wird. Ferner ist beim anschließenden Prozess zum Tiefenätzen, vorausgesetzt, dass das anhaftende Fremdmaterial 17 gefunden wird, eine Gefahr vorhanden, wie zum Beispiel ein Schaden an dem Diaphragma 9, und es ist daher schwierig, das anhaftende Fremdmaterial 17 tatsächlich zu entfernen. Darüber hinaus kann ein Nachlassen der Kontaktkraft des Anpassungsabschnitts 13 aufgrund einer Verunreinigung einen Schnitt verursachen, der während des Trennschneidens auftritt, sowie einen Riss oder ein Abreiben, und ein abgeriebener Abschnitt führt zu der Möglichkeit, dass ein anderes Sensorelement 100 einen Schaden erleidet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung des oben beschriebenen Problems, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Sensorelements, welches das Problem der Verschlechterung der luftdichten Versiegelungsverhaltens in einer Kavität und des Nachlassens einer Kontaktkraft eines Anpassungsabschnitts lösen kann, wobei ein derartiges Nachlassen über eine Erhöhung eines anhaftenden Fremdmaterials oder durch einen Kratzer auftritt.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorelement bereitgestellt, welches umfasst: ein erstes Substrat, in dem ein Diaphragma auf einer Hauptoberfläche konfiguriert ist; ein zweites Substrat, das auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Diaphragma des ersten Substrats bereitgestellt ist; eine Kavität, die gerade unterhalb des Diaphragmas des ersten Substrats bereitgestellt ist; einen Anpassungsabschnitt, der an einem Verbindungsbereich zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat für eine luftdichte Versiegelung der Kavität bereitgestellt ist; und einen Erhöhungsabschnitt einer Schutzschicht, der an dem Anpassungsabschnitt bereitgestellt ist, und einen angepassten Verbindungszustand zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat vor einem Fremdmaterial schützt, wobei der Erhöhungsabschnitt an einer Ecke der Schutzschicht auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Diaphragma des ersten Substrats bereitgestellt ist, und wobei der Erhöhungsabschnitt durch Bereitstellung einer Erhöhung auf dem Anpassungsabschnitt durch die Schutzschicht ausgebildet wird, wobei der Erhöhungsabschnitt mit dem ersten Substrat als eine Einheit bzw. integral ausgebildet ist.
Darüber hinaus wird das zweite Substrat mit einer vorbestimmten Grabenbearbeitung zur luftdichten Versiegelung des Erhöhungsabschnitts bereitgestellt.
Ferner wird die Schutzschicht aus einem Material ausgewählt, das eine Funktion zum Erhalten eines Getter-Effekts aufweist, um die Luftdichtheit der Kavität durch Absorption eines von einem Fremdmaterial entweichenden Gases in der Kavität aufrecht zu erhalten.
Ferner wird die Schutzschicht aus einem Dünnfilmmaterial ausgewählt wird, das zumindest eines enthält aus Aluminium (Al), Nickel (Ni), Silizium (Si), Silizium-Nitritfilm, Silizium-Oxidfilm und Diamant-artigen Kohlenstoff (DLC); wobei die Schutzschicht alternativ aus einem Dünnfilmmaterial ausgewählt wird, das zumindest eines enthält aus Zirkonium (Zr), Titan (Ti), Hafnium (Hf), Cer (Ce), Thorium (Th) und Magnesiumoxid (MgO), die jeweils in der Lage sind, einen Getter-Effekt zu bewirken.
Weiterhin wird das zweite Substrat mit einem Grabenverarbeitungsverfahren hergestellt, bei dem eine Querschnittstruktur des zweiten Substrats erhalten wird, indem durch Bereitstellen des zweiten Substrats auf einem Glas-Wafer, Erhitzen des Glas-Wafers und des zweiten Substrats und Bereitstellen einer Spannung zwischen dem zweiten Substrat und einer Elektrode die Querschnittsstruktur des zweiten Substrats entsprechend der Form einer gegenüberliegenden Modellform des Glas-Wafers, der konkave Abschnitte aufweist, ausgebildet wird.
[Vorteilhafter Effekt der Erfindung]
Gemäß einem Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann ein Sensorelement erhalten werden, welches das Nachlassen der luftdichten Versiegelung in einer Kavität und das Nachlassen einer Kontaktkraft eines Anpassungsabschnittes lösen kann, wobei das Nachlassen durch eine Erhöhung eines anhaftenden Fremdmaterials oder eines Kratzers auftritt.
Die voranstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn diese im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine strukturelle Draufsicht eines Sensorelements, welches ausgebildet wird mit einer Erhöhung, die beabsichtigt ist für einen Anpass-Schutz, sodass ein Anpassbereich nicht in einen Kontakt mit der Außenseite gelangt, durch Ausbilden einer Schutzschicht auf der hinteren Oberflächenseite eines SOI-Wavers in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist eine strukturelle Querschnittsansicht, die erhalten wird entlang des Ausschnitts eines A-A' Bereichs;
2(A) bis 2(F) sind ein Prozessflussdiagramm einer Querschnittsstruktur, welche das Sensorelement anzeigt, das erhalten wird durch den Ausschnitt des A-A' Bereichs der strukturellen Draufsicht des Sensorelements, das in 1(a) in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
3 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Ausrüstung, die eine Querschnittsstruktur erhält, mittels Durchführung einer Vertiefungs- bzw. Grabenverarbeitung (engl. Groove Processing) auf eine Basis in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung entlang der Form eines Facing Die;
4 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Wheatstone-Brückenschaltung des in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhaltenen Sensorelements, einer Leseposition eines Ausgabespannungswerts einer Widerstandsmessung, die durch einen luftdichten Test erfasst wird, und einer Netzspannung;
5 ist eine Ansicht, bei der, unter luftdichten Zuverlässigkeitstestresultaten, die in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten werden, Variationswerte gemessen und graphisch dargestellt werden, die mit Tagen einer Stickstoffdruckbehandlung zusammenhängen; und
6(1) bis 6(6) sind ein Prozessflussdiagramm einer Querschnittsstruktur, die das Sensorelement anzeigt, das erhalten wird durch Ausschnitt eines A-A' Bereichs einer strukturellen Draufsicht des in 1(a) in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung gezeigten Sensorelements, wobei das Sensorelement mit einer Anpassabschnittserhöhung auf der hinteren Oberflächenseite durch Bearbeitung eines SOI-Wavers ausgebildet ist.
7(I) ist eine strukturelle Draufsicht eines herkömmlichen Sensorelements; und die
7(II) und 7(III) sind strukturelle Querschnittsansichten des Sensorelements, die erhalten werden durch Ausschnitt eines A-A' Abschnitts und eines B-B' Abschnitts, wobei diese diejenigen sind, welche die Defektfälle abbilden, die durch einen Riss und eine Erhöhung eines angeschlossenen Fremdmaterials auftreten;
8(1) bis 8(6) sind ein Prozessflussdiagramm einer Querschnittsstruktur des Sensorelements, das erhalten wird durch einen Ausschnitt eines C-C' Bereichs der 7(I), bei dem es sich um die strukturelle Draufsicht des herkömmlichen Sensorelements handelt; und
9(1) und (2) sind Ansichten, die Fälle abbilden, bei denen ein Riss und beigefügte Fremdmaterialien an der Rückoberfläche eines SOI-Wavers ausgebildet bzw. übertragen werden, bei dem Abdecklackbeschichtungsprozess des herkömmlichen Sensorelements.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
Im Folgenden wird Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben; in jeder Zeichnung werden jedoch identische oder äquivalente Elemente und Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen beschrieben, die dafür vergeben werden. 1(a) ist eine strukturelle Draufsicht eines Sensorelements, welches ausgebildet wird mit einer Erhöhung, die beabsichtigt ist für einen Anpass-Schutz, sodass ein Anpassbereich nicht in Kontakt mit der Außenseite gelangt, durch Ausbilden einer Schutzschicht auf der hinteren Oberflächenseite eines SOI-Wavers in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist eine strukturelle Querschnittsansicht, die erhalten wird durch Ausschnitt eines A-A' Abschnitts. Die 2(A) bis 2(F) sind ein Prozessflussdiagramm einer Querschnittsstruktur, die das Sensorelement anzeigt, erhalten durch Ausschnitt des A-A' Abschnitts der strukturellen Draufsicht des Sensorelements, das für Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in 1(a) gezeigt ist. 3 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Ausrüstung, die eine Querschnittsstruktur erhält, mittels Durchführen einer Grabenverarbeitung (engl. Groove Processing) auf eine Basis in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, entlang der Form eines Facing Die. 4 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Wheatstone-Brückenschaltung des Sensorelements, das in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten wird, einer Leseposition eines Ausgabespannungswerts eines Messwiderstands, der durch einen luftdichten Test erfasst wird, und einer Netzspannung. 5 ist eine Ansicht, bei der, unter luftdichten Zuverlässigkeitstestresultaten, die in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten werden, Ausgabevariationswerte gemessen und graphisch dargestellt werden, die mit Tagen einer Stickstoffdruckbehandlung zusammenhängen.
Mit Bezug auf Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung werden jeweilige Zeichnungen erläutert, wobei ein Sensorelement 200 als Beispiel verwendet wird, bei dem es sich um eines der Sensorvorrichtungen handelt.
1(a) ist eine strukturelle Draufsicht zur Darstellung des gesamten Sensorelements 200, das durch ein Verfahren eines Rohchips oder dergleichen von einem SOI-Waver 110, der als ein erstes Substrat dient, abgetrennt und separiert wird. Das Sensorelement 200 wird in der Form eines Quadrats oder Rechtecks ausgeschnitten, wie in der Zeichnung gezeigt, und das in der Zeichnung gezeigte Sensorelement 200 wird mit einer quadratischen Größe von z. B. 1,2 mm × 1,2 mm bereitgestellt. Ferner wird eine Vielzahl der Sensorelemente 200 in einem Block bereitgestellt, und zwar in einem regulär angeordneten Zustand in dem SOI-Waver 110.
Im Folgenden werden jeweilige Bezugszeichen in der strukturellen Draufsicht der 1(a) des Sensorelements 200 beschrieben, das durch Herausschneiden erhalten wird. Im Übrigen werden in den Zeichnungen ein Teil der Trennlinien, die auf den abgetrennten Oberflächen des Sensorelements 200 verbleiben, nicht gezeigt.
Zuerst bezeichnet das Bezugszeichen 200 das Sensorelement, das in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Das Sensorelement 200 verwendet den SOI-Waver 110, der durch das UNIBOND-Verfahren hergestellt ist. Der SOI-Waver 110 umfasst eine n-artige Aktivschicht 101, die eine (100)-Ebenenorientierung aufweist und aus Silizium oder dergleichen hergestellt ist, einen eingebetteten Oxidfilm 102, der aus einem Siliziumoxidfilm besteht, und ein Trägersubstrat 103. Im Übrigen ist die Dicke des Wavers z. B. 500 μm.
Als nächstes bezeichnet 7 ein Anschlussfeld, welches durch einen gesputterten Dünnfilm ausgebildet ist, der Aluminium als Hauptkomponente enthält. Bezüglich der Anordnung werden vier Anschlussfelder jeweils parallel angeordnet, wie in der Zeichnung gezeigt. Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Piezo-Widerstand, der z. B. durch ein Störstellendiffusionsverfahren oder Ionenimplantation erhalten wird. Die Piezo-Widerstände 4 werden mit einer Gesamtzahl von 4 in einem Diaphragma 9 bereitgestellt. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Verdrahtung, mit der der Piezo-Widerstand 4 elektrisch mit dem Anschlussfeld 7 verbunden ist. Die Verdrahtung 5 besteht z. B. aus einer Diffusionsverdrahtung durch Ionenimplantation oder aus einem metallischen Material, das Aluminium als Hauptkomponente enthält. Die Verdrahtung 5 und der Piezo-Widerstand 4, bilden eine Wheatstone-Schaltung aus.
Als nächstes bezeichnet 6 eine Isolierschicht, die z. B. aus einem Siliziumoxid- oder Siliziumnitrit-Film besteht; und die Isolierschicht 6 beschichtet die gesamte Oberfläche der Hauptoberfläche des SOI-Wavers 110, einschließlich den Piezo-Widerständen 4, der Verdrahtung 5 und den Anschlussfeldern 7, die das Sensorelement 200 ausbilden. Diesbezüglich muss jedoch der obere Teil des Anschlussfeldes 7 geöffnet werden; und daher wird die Isolierschicht 6 und der geöffnete Teil entfernt, durch ein Verarbeitungsverfahren wie z. B. Ätzen. Bezugszeichen 9 bezeichnet das Diaphragma, das auf der Hauptoberfläche des SOI-Wavers 110 ausgebildet ist, und zwar an der Seite, an der eine Schaltung oder dergleichen bereitgestellt ist, und weist eine Detektionsfunktion durch Mikrofabrikation und Dünnfilmstress-Steuerung (engl. Film Stress Control) auf. Das Diaphragma 9 behält dessen Zustand bei, während durch die Stress-Steuerung des dünnen Films, einschließlich der Isolierschicht 6 oder dergleichen, eine konstante Spannung (engl. Tension) beibehalten wird. Die Verdrahtung und die Anschlussfelder 7 werden auf dem Diaphragma 9 und in der Nähe davon bereitgestellt, um eine Funktion aufzuweisen, bei der Signale nach Außen übertragen werden.
Als nächstes werden alle Elemente, die auf der Rückseite des Sensorelements 200 bereitgestellt sind, durch gestrichelte Linien in der in der Zeichnung gezeigten strukturellen Draufsicht gezeigt. Ein gestrichelter Linienabschnitt, der gerade unter dem Diaphragma 9 bereitgestellt ist, ist eine Kavität 108a. Die Kavität 108a wird z. B. durch eine quadratische Öffnung mit einer Quadratform von 0,4 mm auf der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 ausgebildet, und dann durch eine Tiefätzung, wie z. B. ISP-RIE, hergestellt.
Als nächstes zeigt eine gestrichelte Linie außerhalb der Kavität 108a eine Position, an der ein Spalt 108b bereitgestellt ist. Spalt 108b und die Kavität 108a werden als ein Kavitätsabschnitt 108 dargestellt und in dem gleichen Vakuumgrad aufrechterhalten. Ferner wird ein Anpassabschnitt 113 in einem Bereich von der Position des Spaltes 108b zu den abgetrennten Oberflächen des Sensorelements 200 bereitgestellt. Der SOI-Waver 110, der als das erste Substrat dient, wird mit einer Basis bzw. einem Trägermaterial 111, das als zweites Substrat dient, in dem Bereich des Anpassabschnitts 113 verbunden. Der Abstand von der gestrichelten Linie außerhalb der Kavität 108a zu der abgetrennten Oberfläche ist z. B. mit einer Breite von 0,25 mm ausgebildet. Der Anpassabschnitt 113 wird ferner in der Nähe der Rückoberflächen der Anschlussfelder 7 bereitgestellt.
Als nächstes wird das in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ausgebildete Sensorelement 200 unter Verwendung von 1(b) beschrieben. 1(b) ist eine Ansicht einer hypothetischen Querschnittsstruktur eines Absolutdruck-Sensorelements 200, welches durch Schneiden bzw. Abtrennen in dem in 1(a) gezeigten A-A' Abschnitt erhalten wird. Wie in der Zeichnung gezeigt, weist das Sensorelement 200 eine Struktur auf, bei der der SOI-Waver 110, der als das erste Substrat dient, auf dem Trägermaterial 111 eines 1 mm dicken Glases verbunden, das als das zweite Substrat dient. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird Borosilikatglas für das Trägermaterial bzw. die Basis 111 verwendet.
Das Sensorelement 200 unterscheidet sich von dem herkömmlichen Sensorelement wie folgt: (1) der Spalt 108b wird auf dem Glas bereitgestellt, dessen Seite als Trägermaterial 111 dient; (2) das Volumen des Kavitätsabschnitts 108 des Sensorelements 200 wird durch den Spalt 108b vergrößert; (3) eine Schutzschicht 118 wird auf der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 bereitgestellt; und (4) ein Bereich der Schutzschicht 118 wird auf der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 bereitgestellt, und daher ist ein Verbindungsbereich, der als der Anpassabschnitt 113 dient, schmaler als das oben erwähnte herkömmliche Sensorelement 100.
Der Spalt 108b wird z. B. mit einer Breite von 0,35 mm vom Zentrum des Sensorelements 200 ausgebildet, und die Schutzschicht 118 wird in dem Spalt 108b bereitgestellt. Die Schutzschicht 118 ist ein Siliziumoxidfilm, der z. B. eine Dicke von ca. 0,5 μm bis 1 μm aufweist, und die Schutzschicht 118 wird in einem Bereich zwischen der gestrichelten Linie, wo die Kavität 108a vorhanden ist, und einer anderen gestrichelten Linie bereitgestellt, die in der strukturellen Draufsicht von 1(a) gezeigt ist. Ferner wird ein Spalt 126 zwischen dem Anpassabschnitt 113 und der Schutzschicht 118 bereitgestellt, wie in der Zeichnung dargestellt.
Die Schutzschicht 118 wird ferner zum Zweck des Schutzes des Bereichs des Anpassabschnitts 113 ausgebildet. Die Schutzschicht 118 wird bereitgestellt und der Anpassabschnitt 113 wird entsprechend durch den Erhöhungsabschnitt 132 geschützt. Ferner muss eine Groove-Verarbeitung an der Seite des Trägermaterials 111 durchgeführt werden, um die Schutzschicht 118 in dem Kavitätsabschnitt 108 luftdicht zu versiegeln. Dieser Mechanismus sieht vor, dass der Spalt 108b durch die Groove-Verarbeitung bereitgestellt wird. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird die Grabentiefe des Trägermaterials 111 z. B. mit einer Tiefe von 5 μm ausgebildet.
Im Folgenden wird die Groove-Verarbeitung an dem Trägermaterial bzw. der Basis 111 erläutert. Die Glasverarbeitung umfasst ein isotropisches Ätzen durch eine chemische Lösung, eine Sandstrahlverarbeitung, ein Trockenätzverfahren, eine Laserbearbeitung, eine Bearbeitung durch einen Diamantbohrer, eine Ultraschallbearbeitung und Dergleichen. Ein isotropisches Ätzverfahren unter Verwendung einer Fluorwasserstoffsäure wird im Allgemeinen zum Glasätzen verwendet; im Fall der Verwendung eines Borosilikatglases sind jedoch Natrium (Na), Bor (B) und Dergleichen in der Zusammensetzung davon enthalten; derartige Komponenten machen ein Ätzen der Oberflächenrauhigkeit daher leicht. Ein Verfahren zur Bearbeitung eines Glassubstrats durch eine Trockenverarbeitung wird in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 2008-088017 eingeführt. Im Übrigen wird beim Durchführen der Groove-Verarbeitung an der Basis 111 auch eine Ausrichtungsausbildung benötigt, zur gleichen Zeit und zusammen mit der Groove-Ausbildung. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird eine Groove-Verarbeitung durch eine Sandstrahlverarbeitung durchgeführt.
Als nächstes wird Querschnittsstruktur des Sensorelements 200, das in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten wird, in einer numerischen Reihenfolge unter Verwendung des Herstellungsprozess-Flussdiagramms der 2(A) bis 2(F) beschrieben. Die 2(A) bis 2(F) sind Ansichten einer hypothetischen Querschnittsstruktur des Sensorelements 200, welches durch Schneiden bzw. Trennen des A-A' Abschnitts, der in 1(a) gezeigt ist, erhalten wird. Im Übrigen ist ein Verfahren zum Ausbilden eines Piezo-Widerstands 4 und einer Isolierschicht 6, die auf der Hauptoberfläche eines SOI-Wavers 110 bereitgestellt werden, gleich zu dem oben erwähnten herkömmlichen Verarbeitungsprozess; und die Beschreibung wird im Folgenden daher nicht wiederholt.
Zuerst zeigt 2(A) eine strukturelle Querschnittsansicht, bei der der Piezo-Widerstand 4 und Dergleichen in einer Reihenfolge auf der Hauptoberfläche des SOI-Wavers 110 bereitgestellt werden; und danach wird die Isolierschicht 6 darauf beschichtet, und Öffnungen werden oberhalb der Felder ausgebildet; danach werden eine Schutzschicht 118 und eine Abdeckmaske (engl. Resist Mask) 20 auf der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 bereitgestellt, an den in der Zeichnung gezeigten Positionen. Um einen Kratzer (engl. Scratch) 16 und ein anliegendes Fremdmaterial 17 zu entfernen, das vor dem oben erwähnten Prozess aufgetreten ist, wird die Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 zuerst gereinigt. Das Reinigen kann durch irgendein Verfahren durchgeführt werden, wie z. B. ein Trockenätzverfahren, ein Nassätzverfahren, oder durch Polieren; eine Reinheit auf der Rückoberflächenseite des SOI-Wavers 110 ist jedoch erforderlich.
Als nächstes wird ein Silikonoxidfilm auf der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 ausgebildet, und zwar durch Sputtern oder CVD. Als nächstes wird ein in der Zeichnung gezeigter Bereich mit der Abdeckmaske 21 beschichtet. Die Abdeckmaske 20 wird durch ein Lichtdruckverfahren bzw. Photogravieren oder ein Verarbeitungsverfahren mit einem doppelseitigen Ausrichtungselement nach der Abdeckbeschichtung bereitgestellt. Im Übrigen wird bei diesem Schritt der Lichtdruckverarbeitung eine Strukturierung einer Adressennummer auf jeder Schutzschicht 118 durchgeführt.
Als nächstes wird in 2(B) ein Erhöhungsabschnitt 132 mit einem Neigungswinkel von z. B. 45 Grad bearbeitet, durch ein physikalisches Ätzen mit einem Ionenstrahl oder Dergleichen. Dies ist der Fall, da das vorliegende Fremdmaterial 17 in einem Zustand verbleibt, in dem es an der Ecke der Schutzschicht 118 abreibbar ist, wobei die Ecke der Erhöhungsabschnitt 132 ist; daher besteht ein Potenzial für die Beeinflussung an einem Anpassungsbereich 113, in Abhängigkeit von der Größe und dem Zustand des vorliegenden Fremdmaterials 17. Aus diesem Grund wird die Schutzschicht 118 mit einer Neigung bereitgestellt, um den Bereich des Anpassungsabschnitts 113 durch den Neigungswinkel zu separieren. Dies verdoppelt ferner auch eine Verbesserung in der Beschichtbarkeit der Abdeckmaske 20, die auf der Schutzschicht 118 bereitgestellt wird, in der eine Strukturierung durchgeführt wird.
Schließlich wird die Nummerierung auf jeder Schutzschicht 118 durchgeführt, in dem die Abdeckmaske 20 durch Verbrennen mittels Plasmaveraschung oder Dergleichen entfernt wird. Im Übrigen wird der Anpassungsabschnitt 113 während des physikalischen Ätzens geätzt, wenn auch nur in einem geringen Umfang.
Als nächstes wird in 2(C) eine Schutzmaske 114 auf der Hauptoberfläche des SOI-Wavers 110 vollständig beschichtet. Als nächstes wird eine Rückseitenmaske 115 auf der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 bereitgestellt, auf der die Schutzschicht 118 bereitgestellt ist. Ein positiver Photolack, bei dem die Beschichtungsfilmdicke z. B. auf 2 μm angepasst ist, wird an jeder Schutzmaske 114 und Rückseitenmaske 115 verwendet, die in diesem Fall verwendet werden. Im Übrigen wird die Rückseitenmaske 115 vergleichbar auf einem Adressennummernbereich beschichtet, in dem eine Strukturierung auf der Schutzschicht 118 durchgeführt wird.
Als nächstes wird in (D) ein Tiefgrabungsätzen durch ICP-RIE durchgeführt. Zuerst wird die Schutzschicht 118 oberhalb eines Öffnungsabschnitts 112, wo eine Kavität 108a bereitgestellt werden soll, entfernt, z. B. durch ein Nassätzverfahren. Die Form der Endoberfläche der Schutzschicht 118 wird mehr vertikal bearbeitet als der Erhöhungsabschnitt 132, der geneigt ist. Dies ist der Fall, da, wenn die Schutzschicht 118 auf der Seite der Kavität 108a mit einem Neigungswindel mit einem Ionenstrahl ausgebildet wird, der Querschnitt sich zu einem Punkt verjüngt und der Film daher während des Tiefätzverfahrens an einem Endbereich reduziert wird; somit wird der Einfluss an der Kavität 108a berücksichtigt.
Nach dem Tiefätzen wird als nächstes die Kavität 108a von der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110 zu einem eingebetteten Oxidfilm 102 ausgebildet. Im Übrigen ist ICP-RIE ein Reaktives Ätzverfahren unter Verwendung einer induktiv gekoppelten Plasma-(engl. Inductively Coupled Plasma, ICP) Quelle, die durch eine dielektrische Plasmakopplung ein Plasma hoher Dichte erzeugt, und das Bosch-Verfahren wird angewendet. Bei diesem Verfahren wird ein Seitenwandschutz eines Verarbeitungsbereichs der Kavität 108a durch ein Teflon-basiertes Polymergas durchgeführt, sowie ein Pulsätzen, bei dem ein Ätzen der Unterseite durch Schwefelhexafluorid-(SF6)Gas für eine notwendige Anzahl wiederholt wird.
Entsprechend kann die Form der Kavität 108a mit einem großen Aspektverhältnis erhalten werden. Bei diesem Tiefgrabungsätzen wird die Ätzbearbeitung einer aktiven Schicht 101 des SOI-Wavers 110 durchgeführt. Ferner dient der eingebettete Oxidfilm 102 zum Stoppen des Ätzens. Im Übrigen schrumpft beim Tiefätzen durch ICP-RIE die Seite der Rückseitenmaske 115 in einem Ausmaß, das mit der Anzahl des Pulsätzens zusammenhängt; es kommt jedoch manchmal vor dass die Seite der Rückseitenmaske 115 verschwindet, in Abhängigkeit von der Bearbeitungsbedingung beim Ätzen.
Die Rückseitenmaske 115 und die Schutzmaske 114 werden durch Verbrennung durch Plasmaveraschen entfernt, z. B. mit einem Ätzgas, das ein Sauerstoffgas als Hauptkomponente enthält. Im Übrigen kann zum Entfernen des Abdeckmittels (engl. Resist) eine Stripperlösung verwendet werden, wenn dies notwendig ist.
Als nächstes werden in 2(E) die Aktivschicht 101 des SOI-Wavers 110 und das Trägermaterial 111, das mit dem Spalt 108b bereitgestellt ist, dessen Abschnitt rechtwinklig ist, durch eine Ausrichtungsanpassung miteinander verbunden; und folglich wird die Struktur der Zeichnung erhalten. Schließlich kann das Sensorelement 200 der 1(a) erhalten werden, indem dieses pro Element durch ein Trennschneiden abgetrennt wird.
Im Übrigen weist Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eine Struktur auf, bei der die Schutzschicht 118 in dem Kavitätsabschnitt 108 enthalten ist; wie in 2(F) gezeigt, kann das Verbinden jedoch nach dem Entfernen der Schutzschicht 118 durchgeführt werden. Nach der Ausbildung der Kavität 108a der 2(D) wird z. B. die Schutzschicht 118 entfernt, indem z. B. eine gepufferte Fluorwasserstoffsäurenlösung verwendet wird und dann die gleiche Prozessverarbeitung in den anschließenden Schritten der 2(E) durchgeführt wird; entsprechend kann eine Struktur erhalten werden, bei der die Schutzschicht 118 fehlt. In diesem Zusammenhang ist der eingebettete Oxidfilm 102 in der Kavität 108a jedoch der gleiche Siliziumoxidfilm; der eingebettete Oxidfilm 102 wird dadurch durch das Ätzmittel beschädigt, das zum Entfernen verwendet wird.
2(F) zeigt eine Struktur, bei der die Schutzschicht 118 fehlt; jedoch dient z. B. in dem Fall, bei dem das vorhandene Fremdmaterial 17, das einen großen Kontaktbereich aufweist, auf der Schutzschicht 118 bleibt, das vorhandene Fremdmaterial 17 selbst als eine Maske. Wenn daher die Schutzschicht 118 nur durch Nassätzen, Trockenätzen oder Dergleichen entfernt wird, verbleibt das oben erwähnte vorhandene Fremdmaterial 17 und ein Teil der Schutzschicht 118, das sich gerade darunter befindet, auf der Rückoberfläche des SOI-Wavers 110.
Ferner umfasst die Schutzschicht 118 eine Strukturierung durch physikalisches Ätzen; entsprechend erfolgt ein gewisses Ausmaß an Überätzen an der Oberfläche des Anpassabschnitts 113, und daher ist eine Grabenbearbeitung an der Seite des Trägermaterials 111 notwendig, die mit der Tiefe zusammenhängt, bei der zumindest ein geringes Ausmaß an Ätzen durchgeführt wird. Im Übrigen kann die Nummerierung direkt bei der Aktivschicht 101 auf der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 durch das oben erwähnte Überätzen verbleiben.
In einem Fall, bei dem eine Schutzschicht 118 temporär durch Nassätzen bereitgestellt wird, und versucht wird, die Schutzschicht 118 durch Nassätzen zu entfernen, um die Querschnittsstruktur der 2(F) zu erhalten, kann die Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 neben der Kavität 108a eine flache Oberfläche sein, auf der der Kratzer 16 und das anhängende Fremdmaterial 17 nicht vorhanden sind, wenn das anheftende Fremdmaterial 17 und die Schutzschicht 18, die sich gerade darunter befinden, von der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 entfernt werden können.
Wenn ein nicht bearbeitetes Trägerelement bzw. Basiselement 111 mit diesem SOI-Wafer 110 verbunden wird, kann die gleiche Struktur wie das oben erwähnte herkömmliche Sensorelement 100 erhalten werden. Diesbezüglich kann jedoch die Nummerierung der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 nicht bereitgestellt werden, da eine Strukturierung der Schutzschicht 118 durch einen Nassprozess durchgeführt wird.
Als nächstes wird im Folgenden ein Verbindungsverfahren beschrieben, das in 2(E) durchgeführt wird, um eine luftdichte Versiegelung der Kavität 108a genau unter dem Diaphragma 9 wie in dem Sensorelement 200 zu erhalten, wird eine direkte Verbindungseinrichtung verwendet, bei der zwei Waferschichten direkt verbunden werden, oder eine Zwischenschicht-Verbindungseinrichtung, die ein dazwischen liegendes Material verwendet. Zum Beispiel ist im Allgemeinen ein anodisches Bonden als direktes Verbindungsverfahren bekannt, bei dem Glas und Silizium miteinander verbunden werden; und als andere Beispiele sind ein direktes Silizium-Bonden, ein Plasma-aktiviertes Niedertemperatur-Bonden, ein Oberflächen-aktiviertes Bonden bei Normaltemperatur und dergleichen bekannt. Im Fall des Zwischenlagen-Bondens hängen damit eine eutektische Verbindung unter Verwendung eines Metalls, eine Lötverbindung, organische Adhäsion und dergleichen zusammen. Das anodische Bonden wird oft zum Verbinden von Silizium mit Glas verwendet.
Das anodische Verbindungsverfahren sieht vor, dass eine DC-Spannung von circa –500 V an der Seite des Träger- bzw. Basiselements 111 angelegt wird, in einem Zustand, bei dem die n-artige Aktivschicht 101 des SOI-Wafers 110, die n-artige Aktivschicht 101, die aus Silizium oder dergleichen besteht, fest an dem Basiselement 111 befestigt ist, das aus einem Glas-Wafer besteht, um auf eine Temperatur von circa 400°C erhitzt zu werden, bei der ein Alkali-Ion leicht bewegbar ist; und entsprechend werden die jeweiligen Substrate zusammengefügt und verbunden. Eine derartige Verarbeitung wird durchgeführt; und entsprechend bewegt sich ein Natrium-Ion oder dergleichen, das in dem Basiselement 111 enthalten ist, in Richtung des negativen Pols, und eine elektrostatische Anziehung wird an der Schnittstelle zwischen dem Basiselement 111 und dem SOI-Wafers 110 erzeugt. Dies erzeugt eine chemische Reaktion zwischen Silizium und einem Sauerstoff-Ion und eine große Bindungskraft kann erhalten werden.
Die Vorteile dieses anodischen Verbindungsverfahrens bestehen darin, dass (1) eine robuste Verbindungskraft erhalten werden kann, und (2) dass zwischen liegende Material, wie zum Beispiel ein Polymer, nicht verwendet wird, und daher der Einfluss einer Entgasung oder dergleichen gering ist. Im Gegensatz dazu ist ein Nachteil, dass durch den thermischen Stress nach dem anodischen Bonden eine Deformation erzeugt wird.
In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird die Bearbeitung unter Verwendung der luftdichten Versiegelung durch das anodische Bonden durchgeführt. Zuerst wird ein Basis- bzw. Trägerelement 111 eines 1 mm dicken Borosilikatglas-Wafers vorbereitet, der die gleiche Durchmessergröße wie ein SOI-Wafer 110 aufweist. Im Übrigen verwendet das Basiselement 111 einen Wafer, der mit einer Grabenbearbeitung bereitgestellt ist, und der dem gleichen Platz und die gleiche Anzahl als Sensorelement 200 aufweist, die in dem SOI-Wafer 110 bereitgestellt sind. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist die Tiefe des Grabens zum Beispiel 5 μm.
Als nächstes wird eine Kammer geöffnet und eine Anordnung in einem Zustand betrieben, bei dem der SOI-Wafer 110 und das Basiselement 11, die als Substrate dienen, überlappen. Als nächstes erfolgt ein Kontakt jeder Nadelsonde von Katode und Anode, um die Kammer zu schließen; und dann wird die Bearbeitung durchgeführt, in der Reihenfolge zum Vakuumieren, Erhitzen, Anlegen der Verbindungsspannung und Abkühlen.
In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird die Bearbeitung bei einem erreichten Vakuumgrad durch Vakuumieren von 10-4 Torr, einer eingestellten Temperatur von 400°C und einer Gesamtbearbeitungszeit von der Einstellung bis zum Abkühlen von 90 Minuten durchgeführt; und das Sensorelement 200 wird entsprechend erhalten.
Der SOI-Wafer 110 wird in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet; es ist jedoch einer zulässig, der aus n-artigen Einkristall-Silizium mit einer (100)-Ebenen-Orientierung ausgebildet ist, die auf beiden Oberflächen poliert ist. Neben dem Einkristall-Silizium ist als Material auch Mehrkristall-Silizium, Saphir oder dergleichen zulässig.
Ferner wird ein Silizium-Oxidfilm für die Schutzschicht 118 verwendet, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Aluminium (Al), Nickel (Ni) oder Silizium (Si) können als anderes Material verwendet werden; und als Isoliermaterial kann ein hartes Material, wie zum Beispiel ein Silizium-Nitritfilm, ein Silizium-Oxidfilm oder Diamant-artiger Kohlenstoff (DLC) verwendet werden. Diese können durch Sputtern oder CVD ausgebildet sein.
Ferner kann für die Schutzschicht 118 ein Material ausgewählt werden, das einen Getter-Effekt erzielen kann. Beispiele von Materialien zur Verwendung als Getter-Material umfassen zum Beispiel Zirkonium (Zr), Titan (Ti), Hafnium (Hf), Cer (Ce), Thorium (Th) und Magnesiumoxid (MgO); und es wird bevorzugt, ein Dünnfilmmaterial auszuwählen, das zumindest irgendeines der oben beschriebenen Materialien enthält.
Ferner wird in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung der Erhöhungsabschnitt 132 der Schutzschicht 118 mit einem Neigungswinkel von 45° unter Verwendung eines Ionenstrahls bearbeitet; wenn jedoch kein Problem in der Beschichtbarkeit der Rückseitenmaske 115 vorliegt, kann eine Strukturierung der Schutzschicht 118 durch physikalisches Ätzen mit einem Neigungswinkel von 0° bereitgestellt werden. Zum Beispiel wird in 2(B) eine Abdeckmaske 20 auf der Schutzschicht 118 bereitgestellt, und der Öffnungsabschnitt 112 und der Anpassungsabschnitt 113 können zur gleichen Zeit bearbeitet werden. In diesem Fall wird die Schutzschicht 118 an beiden Enden in einer im Wesentlichen vertikalen Form bearbeitet.
Darüber hinaus kann die Schutzschicht 118 als eine harte Maske zum Bearbeiten der Kavität 108a zusammen mit der Rückseitenmaske 115 verwendet werden. Ferner wird die Schutzschicht 118 zwischen dem Ende der Kavität 108a und dem Anpassungsabschnitt 113 bereitgestellt; die Schutzschicht 118 kann jedoch mit irgendeiner Breite in dem Bereich dazwischen ausgebildet werden. Ferner wird die Grabenbearbeitung des Basiselements 111 in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durch einen Sandstrahl durchgeführt; es kann jedoch auch eine Glasbearbeitung durch Nassätzen oder Trockenätzen verwendet werden.
Als ein weiteres Beispiel zeigt 3 darüber hinaus ein Beispiel eines Glasformungsverfahrens unter Verwendung elektrostatischer Kräfte. Es kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem die Grabenbearbeitung an einem Basiselement 111 entlang der Form von einem Die 23 unter Verwendung eines externen Drucks oder einer elektrostatischen Anziehung durchgeführt wird. Ein derartiges Verfahren wird durch eine thermische Nanoimprint-Bearbeitungstechnologie von Glas erhalten. Ein Masken-Ausbildungsprozess, wie zum Beispiel ein Abdeckanwendungsprozess, kann unter Verwendung dieses Verfahrens weggelassen werden.
Zuerst wird, wie in 3 gezeigt, ein Glas-Wafer, auf dem das Basiselement 111 bereitgestellt wird, auf dem Die 23 platziert und durch einen Erhitzer 25 erhitzt. Im Übrigen werden konkave Abschnitte 21 auf dem Die 23 bereitgestellt, zum Ausbilden einer Vielzahl von Gräben auf dem Glas-Wafer in einem Block. Wenn als nächstes eine Spannung zwischen dem Basiselement 111 und einer Elektrode 24 angelegt wird, sammelt sich eine negative Ladung an der Oberfläche des Basiselements 111, die in Kontakt mit dem Die 23 kommt, und eine positive Ladung wird in einem Zustand zum gegenseitigen Anziehen an dem Die 23 gegenüber dem Basiselement 111 gehalten. Eine elektrostatische Anziehung arbeitet an einem Ausbildungsabschnitt der Glasoberfläche an den konkaven Abschnitten 21 des Dies 23, und es wird ein Die-Ausbildungsprozess durchgeführt, der mit der Struktur des Dies 23 zusammenhängt, um in die konkaven Abschnitte 21 gezogen zu werden. Dies bildet eine Vielzahl der Basiselemente 111 in einem Block auf dem Glas-Wafer entlang des Dies 23 aus.
Ferner ist die Dicke des Basiselements 111 in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung 1 mm, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Ferner ist in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung die Breite des Anpassabschnitts 113 0,25 mm; es muss jedoch sichergestellt werden, dass die Breite nicht geringer als 0,1 mm ist. Im Fall, dass die Breite nicht mehr als 0,1 mm ist, wächst die Wahrscheinlichkeit, dass ein Leck des Kavitätsabschnitts 108 sich bemerkbar erweitert. Wenn die Größe des Sensorelements 200 kein funktionelles Problem aufweist, sind ferner jede Form und Größe zulässig.
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet eine Schutzschicht 118, die durch einen Silizium-Oxidfilm ausgebildet ist, der eine Dicke von circa 0,5 μm bis 1 μm aufweist, und eine Grabenbearbeitung einer Tiefe von 5 μm wird an dem Basiselement 111 durchgeführt; die Dicke der Schutzschicht 118 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es wird bevorzugt, dass bei einer dickeren Schutzschicht der Einfluss des Anpassabschnitts 113 verringert wird; die Schutzschicht 118 muss jedoch mit einer Filmdicke bereitgestellt werden, die dünner als die Grabentiefe des Basiselements 111 ist. In dem Fall, dass ein Dünnfilmmaterial für die Schutzschicht 118 verwendet wird, das einen Getter-Effekt erhalten kann, wird ferner bevorzugt, dass die Schutzschicht 118 mit einer Dicke ausgebildet wird, die für den Effekt erwartet wird, und es wird eine Dicke von circa mehreren μm benötigt. Bezüglich der Grabentiefe des Basiselements 111 muss ferner eine Grabentiefe bereitgestellt werden, die nicht mit der Schutzschicht 118 interferiert. Jede Grabentiefe ist zulässig, wenn die Grabentiefe derartige Erfordernisse erfüllt.
Ferner verwendet Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ein Verbindungsverfahren durch anodisches Bonden; wenn es jedoch zum Beispiel möglich ist, die Struktur bereitzustellen, bei der die Schutzschicht 118 oder dergleichen, wie in 2(F) gezeigt, nicht in dem Kavitätsabschnitt 108 verbleibt, kann eine luftdichte Versiegelung durch direktes Bonden verwendet werden, bei dem das Basiselement 111 aus Silizium besteht. In diesem Zusammenhang ist jedoch eine Bondingtemperatur von circa 1000°C nötig; und daher wird eine Strukturierung der Anschlussfelder 7, der Piezowiderstände 4 und der Verdrahtung 5, die auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 110 bereitgestellt werden, nach der Durchführung der luftdichten Versiegelung bearbeitet.
Als nächstes wird das Sensorelement 200 der 2(D), bei dem in Ausführungsform 1 die Schutzschicht 118 bereitgestellt wird, unter einem Vakuum an einen Beschichter/Entwickler transferiert. Als Ergebnis verbleibt der Kratzer 16 auf der Schutzschicht 118; ein derartiger Einfluss tritt jedoch nicht auf dem Anpassabschnitt 113 auf. Bezüglich des anhaftenden Fremdmaterials 17, gibt es einen Fall, bei dem eine Spur verbleibt, die an der Ecke des Endes der Schutzschicht 118 abgerieben wird; es kann jedoch ein Befestigungsunterdrückungseffekt an dem Anpassabschnitt 113 erhalten werden. Das befestigte bzw. verbundene Fremdmaterial 17, bei dem es sich um eine Erhöhung eines Fremdmaterials handeln kann, ist ebenfalls nicht an dem Anpassabschnitt 113 ersichtlich; und entsprechend tritt ein Defekt nicht auf, bei dem das Basiselement 113 geleitet bzw. fließt (engl. floats). Ferner können Nummerierungspositionen durch Inspektion mit einem Mikroskop oder dergleichen bestimmt werden; und daher kann das vorhandene Fremdmaterial 17, das auf der Schutzschicht 118 verbleibt, als ein defektes Teil entfernt werden, nach der Separation pro Element durch Trennschneiden, nachdem das anodische Bonden durchgeführt wird.
4 zeigt die Wheatstone-Brückenschaltung und die Positionen von Eingangs- und Ausgangsspannungen in dem Fall, dass ein Luftdichtheits-Zuverlässigkeitstest unter Verwendung des Sensorelements 200 der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Der Luftdichtheits-Zuverlässigkeitstest ist ein Test, bei dem das Sensorelement 200 in einen Stickstoff-Druckbehandlungstank platziert wird, und eine Stickstoff-Druckbehandlung konstant an dem Diaphragma angewendet wird, zum Beispiel bei nicht weniger als 5 kgf/cm2, um Änderungen der Ausgangsspannung zu beobachten.
Zuerst wird eine Stromversorgungsspannung von 5 V durch eine Stromversorgung 22 angelegt, die in 4 gezeigt ist. Als nächstes werden zwei Ausgangsspannungen von der Position Vout gemessen, und eine Differenz zwischen beiden Spannungen bestimmt. Im Übrigen wird ein Druckbehandlungszuverlässigkeitstest bis zu einem Maximum von zum Beispiel 400 Tagen durchgeführt; und eine Messung, die mit den Tagen der Druckbehandlung zusammenhängt, wird in einem Zustand durchgeführt, bei dem das Sensorelement 200 einmal aus dem Stickstoffdruckbehandlungstank genommen wird. Die Messung der Ausgangsspannung wird bei Temperaturbedingungen bei einem konstanten Druck, überhaupt nicht unter Druck gesetzt, an dem Diaphragma 9 unter standardatmosphärischen Druckbedingungen durchgeführt, und es werden Werte der Ausgangsspannungsvariation einer normalen Temperaturcharakteristik des Sensorelements 200 gemessen.
Wenn im Übrigen eine Erhöhung eines Fremdmaterials oder dergleichen vorliegt, aufgrund eines langsamen Lecks oder eines Leckpfades auf einem Anpassabschnitt 113, der luftdicht versiegelt wird, ändern sich auch die Ausgangsspannungen der Piezowiderstände 4. Ferner verschiebt sich die Ausgangsspannung im Wesentlichen von dem Frühstadium der Druckbehandlung, in Abhängigkeit von einem Zustand eines Bonding-Defekts des Anpassabschnitts 113.
5 ist die Ansicht, bei der gemessene Resultate der Ausgangsvariationswerte dargestellt sind, die mit den Tagen der Stickstoffdruckbehandlung zusammenhängen. Dieser Graph zeigt insgesamt drei Kurven, wobei das oben erwähnte herkömmliche Sensorelement 100, das in Ausführungsform 1 erhaltene Sensorelement 200 und ein in Ausführungsform 2 (die später beschrieben wird) erhaltenes Sensorelement 200 der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Im Übrigen zeigt eine laterale Achse des Graphen die Tage der Stickstoffdruckbehandlung und eine longitudinale Achse zeigt die Ausgabevariationswerte.
In den Ausgabevariationswerten der 5 wird ein Anfangswert auf 0 V gesetzt, und ein Bereich in einer gestrichelten Linie stellt einen Bereich innerhalb des Fehlerbereichs der Variation dar. Die tatsächliche Performance des oberen Grenzwerts und des unteren Grenzwerts der Ausgabevariation, die zu dem Zeitpunkt erhalten wird, wenn eine Vielzahl der oben erwähnten herkömmlichen Sensorelemente 100 gemessen werden, wird innerhalb des Rahmens der gestrichelten Linie gezeigt; und wenn die Grenzwerte in dem Bereich sind, stellt dies dar, dass die Testresultate erhalten werden, die äquivalent zu den oben erwähnten herkömmlichen Sensorelementen 100 sind. Wie aus den graphischen Resultaten ersichtlich, wird erkannt, dass die Testresultate innerhalb der gestrichelten Linie verbleiben, selbst dann, wenn das Sensorelement 200 durch beide Bedingungen bereitgestellt wird. Aus den oben erwähnten Resultaten wird bewiesen, dass das Sensorelement 200, das in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird, Ausgangsvariationswerte erhalten kann, die äquivalent zu den herkömmlichen Ausgangsvariationswerten sind.
Wie oben beschrieben, wird die Kavität 108a gerade unter dem Diaphragma 9 bereitgestellt, wird die Kavität 108a durch Verbinden bzw. Bonden des SOI-Wafers 110 an dem Basiselement 111 luftdicht versiegelt, und der Erhöhungsabschnitt 132 wird derart bereitgestellt, dass der Bereich des Anpassabschnitts 113, der luftdicht versiegelt wird, nicht mit der Außenseite in Kontakt kommt; und entsprechend kann eine Reinheit des Anpassabschnitts 113 erhalten werden. Somit wird die Beibehaltungsfunktion des luftdichten Verhaltens des Sensorelements 200 erhöht und die Langzeitverlässlichkeit kann verbessert werden.
Ferner wird die Schutzschicht 118 auf der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 bereitgestellt, und die Schutzschicht 118 dient als Erhöhungsabschnitt 132; und entsprechend kann verhindert werden, dass der Kratzer 16 und das befestigte Fremdmaterial 17, das in dem Bearbeitungsprozess an der Rückoberflächenseite des SOI-Wafers 110 erzeugt wird, an dem Anpassabschnitt 113 auftritt.
Ferner wird ein Schaden wie zum Beispiel ein Defekt des Anpassabschnitts 113, auf ein benachbartes Sensorelement 200 ausgeübt, indem ein Weggleiten aufgrund der Erhöhung des vorhandenen Fremdmaterials 17 erfolgt. Das verbundene Fremdmaterial 17 wird jedoch zusammen mit der Schutzschicht 118 in dem Sensorelement 200 aufgenommen und versiegelt; der Einfluss auf andere Sensorelemente 200 kann entsprechend eliminiert werden und ein Ertrag kann somit verbessert werden.
Die Nummerierung oder dergleichen wird auf der Schutzschicht 118 durchgeführt; die Position eines Defektgrundes kann entsprechend spezifiziert werden, und eine Inspektionsfunktion kann somit verbessert werden.
Darüber hinaus weist die Grabenbearbeitung des Basiselements 111 eine Kavitätserweiterungsfunktion zum Beschichten der gesamten Schutzschicht 118 auf, auf der der Kratzer 16 und das verbundene Fremdmaterial 17 verbleiben; entsprechend kann das verbundene Fremdmaterial 17 in dem Kavitätsabschnitt 108 des in Rede stehenden Sensorelements 200 versiegelt werden, und der Einfluss eines Weggleitens des Anpassabschnitts 113 kann entsprechend eliminiert werden, und ein Ertrag der Sensorelemente 200 kann verbessert werden.
Ferner wird der Schutzschicht 118 eine Getter-Effekt-Funktion hinzugefügt; entsprechend wird ein abgeführtes Gas in der Kavität 108a absorbiert, und es wird ein Effekt erhalten, bei dem die Luftdichtheit der Kavität 108a erhalten werden kann.
Ferner wird eine Bearbeitung des Basiselements 111 entlang der Form des Dies 23 durchgeführt; und entsprechend kann eine notwendige Form leichter als die oben erwähnte herkömmliche Form erhalten werden.
Ausführungsform 2
Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 6(1) bis 6(6) beschrieben. Die 6(1) bis 6(6) sind ein Prozessflussdiagramm einer Querschnittsstruktur, die ein Sensorelement zeigt, das durch Schneiden bzw. Abtrennen eines A-A' Abschnitts der strukturellen Draufsicht eines Sensorelements, das in 1(a) gezeigt ist, erhalten wird, wobei das Sensorelement mit einem angepassten Erhöhungsabschnitt auf der Seite der Rückoberfläche ausgebildet wird, und zwar durch Bearbeitung eines SOI-Wafers in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Im Folgenden erfolgt eine Beschreibung in der numerischen Reihenfolge der Zeichnungen.
Zunächst ist 6(1) eine strukturelle Querschnittsansicht eines SOI-Wafers 110, wobei ein Piezowiderstand 4, eine Isolierschicht 6 und dergleichen bereitgestellt sind. Als nächstes wird in 6(2) eine Abdeckmaske 20 auf der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 bereitgestellt, die zum Beispiel eine dicke eines Abdeckmaterials von 1 μm aufweist. Als nächstes wird ein Erhöhungsabschnitt 132 eines Anpassabschnitts 113 in der Zeichnung in einer Aktivschicht 101 ausgebildet, in dem ein Trockenätzen eines Plasmaätzens (engl. Reactive Ion Etching) bzw. RIE durch ein Mischgas durchgeführt wird, das zum Beispiel aus einem Fluor-basierten Gas und Sauerstoff (O2) besteht. Der Erhöhungsabschnitt 132 des Anpassungsabschnitts 113 wird mit einer Dicke von 1 μm bereitgestellt. Als nächstes wird die Abdeckmaske 20, die auf der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 verblieben ist, durch Verbrennung durch eine Plasmaveraschung entfernt.
Als nächstes wird in 6(3) ein Abdeckmaterial, das als eine Schutzmaske 114 dient, vollständig auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 110 beschichtet; und dann wird eine Strukturierung durchgeführt, durch eine Rückseitenmaske 115, von dem Erhöhungsabschnitt 132 des Anpassungsabschnitts 113 auf der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 bis zu einem Öffnungsabschnitt 112 einer Kavität 108a. Im Übrigen sind die Abdeckmaterialien, die auf beiden Oberflächen verwendet werden, der gleiche Photoresist mit der gleichen Dicke von 2 μm.
Ein Tiefätzen durch ICP-RIE wird in 6(4) durchgeführt; in 6(5) werden die Schutzmaske 114 und die Rückseitenmaske 115 durch Plasmaveraschung entfernt; und folglich sind die Prozesse an dem SOI-Wafer 110 abgeschlossen. Schließlich wird ein anodisches Bonden mit einem Basiselement 111 durchgeführt, wobei eine Grabenbearbeitung für eine Tiefe von 5 μm durchgeführt wird. Und folglich kann die notwendige Struktur eines Sensorelements 200 erhalten werden (6(6)).
Die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle der Ausbildung einer Schutzschicht 118 die Aktivschicht 101 des SOI-Wafers 110 bearbeitet wird, um den Erhöhungsabschnitt 132 des Anpassabschnitts 113 bereitzustellen.
In Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung werden der Anpassungsabschnitt 113 und der Erhöhungsabschnitt 132 der 6(2) durch RIE-Trockenätzen mit dem Mischgas bereitgestellt; es kann jedoch eine Neigung bereitgestellt werden, und durch physikalisches Ätzen mit einem Ionenstrahl bearbeitet werden.
Um ferner einen Kratzer 16 und ein anhaftendes Fremdmaterial 17 zu entfernen, die auf der Hauptoberfläche des SOI-Wafers 110 in dem Strukturierungsprozess vor der Prozessbearbeitung der 6 auftreten, wird bevorzugt, ein Reinigen der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 durchzuführen. Wenn diesbezüglich eine Reinheit eines Anpassungsabschnitts durch Bearbeitung des Anpassungsabschnitts 113 und des Erhöhungsabschnitts 132 der 6(2) erhalten werden kann, wird die oben erwähnte Reinigung nicht benötigt.
Ferner wird die Rückseitenmaske 115 nur durch das Abdeckmittel (engl. Resist) ausgebildet; es können jedoch zum Beispiel das Getter-Material und die Abdeckmaske in einer Reihenfolge bereitgestellt werden, und zwar in einer laminierten Art und Weise auf der Rückoberflächenseite des SOI-Wafers 110 in dem Prozess der 6(2).
Darüber hinaus wird der Anpassungsabschnitt 113 in der Nähe und gerade unter den Anschlussfeldern 7 bereitgestellt; und daher ist die Tiefe des Erhöhungsabschnitts 132 des Anpassungsabschnitts 113 nicht auf eine Tiefe von 1 μm beschränkt, sondern der gleiche Effekt kann selbst im Fall einer Tiefe von 0,5 μm erhalten werden. Bezüglich der tieferen Tiefe wird eine Bearbeitung in dem Maße bevorzugt, dass diese die Verbindung durch eine Drahtverbindung oder dergleichen nicht beeinflusst.
Darüber hinaus hängt die Tiefe des Erhöhungsabschnitts 132 des Anpassungsabschnitts 113 nicht mit der Tiefe des Grabens zusammen, der in dem Basiselement 111 ausgebildet ist, und die Tiefe der Seite des Basiselements 111 muss tiefer ausgebildet werden.
Ferner wird der SOI-Wafer 110 in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung verwendet; es ist jedoch einer zulässig, der aus n-artigen Einkristall-Silikon ausgebildet ist, dessen Ebenenorientierung (100) ist und der auf beiden Oberflächen poliert ist. Neben dem Einkristall-Silizium ist als Material zur Ausbildung auch polykristallines Silizium, Saphir oder dergleichen zulässig.
Ferner wird in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung das anodische Bonden zwischen dem SOI-Wafer 110 und dem Basiselement 111 durchgeführt, und es wird die in 6(6) gezeigte Querschnittstruktur erhalten; es wird jedoch ein direktes Bonden zwischen Silizium und Silizium durchgeführt, unter Verwendung des Graben-bearbeiteten Basiselements 111, um einen Kavitätsabschnitt zu erhalten, und dann können die Piezowiderstände 4, die Verdrahtung 5 und die Anschlussfelder 7 bereitgestellt werden.
Wie oben erläutert, wird an Stelle der Schutzschicht 118 die Erhöhungsbearbeitung direkt auf der Rückoberfläche des SOI-Wafers 110 durchgeführt, so dass der Anpassungsbereich 113 nicht in Kontakt mit der Außenseite gelangt; folglich kann der gleiche Effekt erhalten werden, wie in dem Fall, bei dem die Schutzschicht 118 bereitgestellt wird.
Als nächstes wird das Sensorelement 200, das in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erhalten wird, unter einem Vakuum in einen Beschichter/Entwickler transferiert und als Ergebnis kann der gleiche Effekt wie in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auf der Rückoberflächenseite des SOI-Wafers 110 erhalten werden.
Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, wird verstanden, dass diese Offenbarungen für den Zweck der Darstellung sind, und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den Patentansprüchen definiert ist.

Claims

Sensorelement (200), umfassend: ein erstes Substrat (110), in dem ein Diaphragma (9) auf einer Hauptoberfläche konfiguriert ist; ein zweites Substrat (111), das auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Diaphragma (9) des ersten Substrats (110) bereitgestellt ist; eine Kavität (108a), die gerade unterhalb des Diaphragmas (9) des ersten Substrats (110) bereitgestellt ist; eine Kavität (108a), die genau unterhalb des Verbindungsbereich zwischen dem ersten Substrat (110) und dem zweiten Substrat (111) für eine luftdichte Versiegelung der Kavität (108a) bereitgestellt ist; und einen Erhöhungsabschnitt (132) einer Schutzschicht (118), der an dem Anpassungsabschnitt (113) bereitgestellt ist, und einen angepassten Verbindungszustand zwischen dem ersten Substrat (110) und dem zweiten Substrat (111) vor einem Fremdmaterial schützt, wobei der Erhöhungsabschnitt (132) an einer Ecke der Schutzschicht (118) auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Diaphragma (9) des ersten Substrats (110) bereitgestellt ist, und wobei der Erhöhungsabschnitt (132) durch Bereitstellung einer Erhöhung auf dem Anpassungsabschnitt (113) durch die Schutzschicht (118) ausgebildet wird, wobei der Erhöhungsabschnitt (132) mit dem ersten Substrat (110) als eine Einheit bzw. integral ausgebildet ist.
Sensorelement nach Anspruch 1, wobei das zweite Substrat (111) mit einer vorbestimmten Grabentiefe zur luftdichten Versiegelung des Erhöhungsabschnitts (132) bereitgestellt ist.
Sensorelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schutzschicht (118) aus einem Material ausgewählt wird, das eine Funktion zum Erhalten eines Getter-Effekts aufweist, um die Luftdichtheit der Kavität (108a) durch Absorption eines von einem Fremdmaterial (17) entweichenden Gases in der Kavität (108a) aufrecht zu erhalten.
Sensorelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schutzschicht (118) aus einem Dünnfilmmaterial ausgewählt wird, das zumindest eines enthält aus Aluminium (Al), Nickel (Ni), Silizium (Si), Silizium-Nitritfilm, Silizium-Oxidfilm und Diamant-artigen Kohlenstoff (DLC); wobei die Schutzschicht alternativ aus einem Dünnfilmmaterial ausgewählt wird, das zumindest eines enthält aus Zirkonium (Zr), Titan (Ti), Hafnium (Hf), Cer (Ce), Thorium (Th) und Magnesiumoxid (MgO), die jeweils in der Lage sind, einen Getter-Effekt zu bewirken.
Sensorelement nach Anspruch 1, wobei der Erhöhungsabschnitt (132) ausgebildet ist durch Bereitstellung einer Erhöhung auf der Oberfläche, die sich gegenüber zu dem Diaphragma (9) des ersten Substrats (110) befindet.
Sensorelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Substrat (111) mit einem Grabenverarbeitungsverfahren hergestellt wird, bei dem eine Querschnittstruktur des zweiten Substrats erhalten wird, indem durch Bereitstellen des zweiten Substrats (111) auf einem Glas-Wafer (23), Erhitzen des Glas-Wafers (23) und des zweiten Substrats (111) und Bereitstellen einer Spannung zwischen dem zweiten Substrat (111) und einer Elektrode (24) die Querschnittsstruktur des zweiten Substrats (111) entsprechend der Form einer gegenüberliegenden Modellform des Glas-Wafers (23), der konkave Abschnitte (21) aufweist, ausgebildet wird.
Sensorelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Substrat (110) durch eine Aktivschicht (101), einen eingebetteten Oxidfilm (102) und ein Trägersubstrat (103) konfiguriert ist.
Sensorelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite Substrat (111) durch ein Basiselement (111) konfiguriert ist, das aus einem Material wie das erste Substrat (110) aufweist, oder aus einem Glas-Wafer besteht.
Sensorelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Sensorelement für einen Drucksensor verwendet wird.