JP2001223368A - ウェハの処理方法 - Google Patents
ウェハの処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ウェハの表面処理及び接合の改善を計る。
【構成】 少なくとも一方のウェハを緩衝酸化物エッチ
ング液の中に浸漬し、そのエッチング液をすすぎ落と
し、同じウェハを水酸化物及びＨ2Ｏ2の水溶液の中に浸
漬し、その溶液をすすぎ落とし、ウェハを接触させる。
また、バーズビーク隆起部をエッチング処理を介して除
去する。
ング液の中に浸漬し、そのエッチング液をすすぎ落と
し、同じウェハを水酸化物及びＨ2Ｏ2の水溶液の中に浸
漬し、その溶液をすすぎ落とし、ウェハを接触させる。
また、バーズビーク隆起部をエッチング処理を介して除
去する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ダイアフラム
を利用したマイクロ構造の製造などにともなって必要な
処理が行われるウェハの処理に関する。このマイクロ構
造の製造にあたっては、例えば２枚の薄板からなるウェ
ハを接合してダイアフラム構造を形成したり、あるいは
ウェハ表面に結晶構造を成長させたりする。この発明
は、このようなウェハの処理方法の改善に関するもので
ある。
を利用したマイクロ構造の製造などにともなって必要な
処理が行われるウェハの処理に関する。このマイクロ構
造の製造にあたっては、例えば２枚の薄板からなるウェ
ハを接合してダイアフラム構造を形成したり、あるいは
ウェハ表面に結晶構造を成長させたりする。この発明
は、このようなウェハの処理方法の改善に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】最近、マイクロ構造に大きな関心が払わ
れるようになっている。１９８３年４月刊行のＳｃｉｅ
ｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎに掲載されたＡｎｇｅ
ｌ他の論文「Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎ
ｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ」はその構造や製造方法を概
説したものである。この論文に記載されているセンサは
本発明の図１の圧力センサに類似しており、「ピット，
穴，角錐，深い溝，半球，片持ち構造，ダイアフラム，
針及び壁」を含めて微細機械加工又は化学的エッチング
を経て構成される。ところが、特にダイアフラム構造の
製造に関してプロセスの信頼性の問題が生じることがわ
かっている。また、現在では、さらに複雑なダイアフラ
ム構造を形成することが望まれている。たとえば、一方
の側にダイアフラムを有するウェハをダイアフラムの下
方に対応する空洞を設けながら別のウェハの上に重ねる
場合、２枚のウェハを高温で接合すると、一方の側に捕
獲された気体は膨張するが、他方の側では気体は膨張し
ないために、ダイアフラムが永久的に変形してしまうこ
とになる。清浄な表面を有する２枚のウェハを単に接触
させることにより接合を得ようとする試みも良く知らさ
れている。この方法は米国特許第４，６３８，５５２号
に記載されているが、信頼性の高いセンサを製造すると
いう目的を達成するのに十分な強さをもつ接合を提供し
ない。これに対し、シリコンの高温接合で強力な接合が
得られることは以前より知られている。
れるようになっている。１９８３年４月刊行のＳｃｉｅ
ｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎに掲載されたＡｎｇｅ
ｌ他の論文「Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎ
ｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ」はその構造や製造方法を概
説したものである。この論文に記載されているセンサは
本発明の図１の圧力センサに類似しており、「ピット，
穴，角錐，深い溝，半球，片持ち構造，ダイアフラム，
針及び壁」を含めて微細機械加工又は化学的エッチング
を経て構成される。ところが、特にダイアフラム構造の
製造に関してプロセスの信頼性の問題が生じることがわ
かっている。また、現在では、さらに複雑なダイアフラ
ム構造を形成することが望まれている。たとえば、一方
の側にダイアフラムを有するウェハをダイアフラムの下
方に対応する空洞を設けながら別のウェハの上に重ねる
場合、２枚のウェハを高温で接合すると、一方の側に捕
獲された気体は膨張するが、他方の側では気体は膨張し
ないために、ダイアフラムが永久的に変形してしまうこ
とになる。清浄な表面を有する２枚のウェハを単に接触
させることにより接合を得ようとする試みも良く知らさ
れている。この方法は米国特許第４，６３８，５５２号
に記載されているが、信頼性の高いセンサを製造すると
いう目的を達成するのに十分な強さをもつ接合を提供し
ない。これに対し、シリコンの高温接合で強力な接合が
得られることは以前より知られている。
【０００３】ダイアフラムを利用するセンサは、通常、
その内部に、ピエゾ抵抗器又はコンデンサ素子などの電
気的センサ素子を有しており、それらの素子は、一旦製
造されると、後に続く高温処理によって損傷するおそれ
がある。従って、多重ウェハダイアフラム構造を製造す
るときに、そのような電気的センサ素子を形成した後に
いくつかのウェハを接合させなければならない場合に、
別の問題が起こる。ダイアフラムを含むマイクロ構造を
製造する工程を取上げた従来の文献の１つは、１９８９
年４月２６日に出願されている名称「Ｌａｍｉｎａｔｅ
ｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ Ｗｉ
ｔｈ ＯｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏ
ｎ」の欧州特許出願第８９３０４１７３．１号である。
ところが、そこに記載されている方法は処理中にダイア
フラムを保護しないばかりでなく、ウェハの高温融着に
先立って圧抵抗センサを追加するために、それらの抵抗
器又は他の電気的感知素子も後続する処理の間に損傷さ
れてしまう危険が生じる。これまでに知られている方法
は、いずれも、接合プロセスを通してセンサをいかに適
切に保護するかを教示していない。
その内部に、ピエゾ抵抗器又はコンデンサ素子などの電
気的センサ素子を有しており、それらの素子は、一旦製
造されると、後に続く高温処理によって損傷するおそれ
がある。従って、多重ウェハダイアフラム構造を製造す
るときに、そのような電気的センサ素子を形成した後に
いくつかのウェハを接合させなければならない場合に、
別の問題が起こる。ダイアフラムを含むマイクロ構造を
製造する工程を取上げた従来の文献の１つは、１９８９
年４月２６日に出願されている名称「Ｌａｍｉｎａｔｅ
ｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｅｎｓｏｒ Ｗｉ
ｔｈ ＯｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏ
ｎ」の欧州特許出願第８９３０４１７３．１号である。
ところが、そこに記載されている方法は処理中にダイア
フラムを保護しないばかりでなく、ウェハの高温融着に
先立って圧抵抗センサを追加するために、それらの抵抗
器又は他の電気的感知素子も後続する処理の間に損傷さ
れてしまう危険が生じる。これまでに知られている方法
は、いずれも、接合プロセスを通してセンサをいかに適
切に保護するかを教示していない。
【０００４】また、ダイアフラムの一方の表面が中断の
ない部分を形成している非常に平坦な、すなわち、研磨
された表面を得ることが有用である又は望ましい場合に
ついても、ダイアフラムに損傷を与えずに、申し分なく
研磨する方法はこれまで知られていない。ダイアフラム
を利用するマイクロセンサを製造する別の方法として知
られているのは、（先に挙げた）欧州特許出願第８９３
０４１７３．１号に示されるような融着より困難な製造
方法であるか、又は目指している結果を同じように達成
できないような方法である。Ｇｕｃｋｅｌ及びＢｕｒｎ
ｓに対して発行された米国特許第４，７４４，８６３号
には、「蒸着」方法の１例が見られる。その研究の内容
はＢｕｓｔａの米国特許第４，５９２，２３８号で使用
されている。Ｂｕｓｔａにより関連付けられているＧｕ
ｃｋｅｌ／Ｂｕｒｎｓは、基板層に蒸着される「ポス
ト」酸化物（コラム２，５０行目〜）を採用し、このポ
スト酸化物にダイアフラム（多結晶シリコン）を蒸着し
ている。ポスト酸化物は、後に、蒸着材料により支持さ
れるダイアフラムをその縁部に沿った領域でのみ残すこ
とにより除去される。電気的感知素子のもう１つの保護
形態として、本発明は、ダイアフラム自体がそれほど損
傷を受けないと思われる状況では充填を使用せずに、そ
のような素子の形成後に低温静電接合プロセスを採用す
る。このようなダイアフラムセンサの構造と製造方法を
改善するいくつかの点も説明する。それらの特徴は、セ
ンサを導入できる用途の融通性をさらに向上させるもの
である。
ない部分を形成している非常に平坦な、すなわち、研磨
された表面を得ることが有用である又は望ましい場合に
ついても、ダイアフラムに損傷を与えずに、申し分なく
研磨する方法はこれまで知られていない。ダイアフラム
を利用するマイクロセンサを製造する別の方法として知
られているのは、（先に挙げた）欧州特許出願第８９３
０４１７３．１号に示されるような融着より困難な製造
方法であるか、又は目指している結果を同じように達成
できないような方法である。Ｇｕｃｋｅｌ及びＢｕｒｎ
ｓに対して発行された米国特許第４，７４４，８６３号
には、「蒸着」方法の１例が見られる。その研究の内容
はＢｕｓｔａの米国特許第４，５９２，２３８号で使用
されている。Ｂｕｓｔａにより関連付けられているＧｕ
ｃｋｅｌ／Ｂｕｒｎｓは、基板層に蒸着される「ポス
ト」酸化物（コラム２，５０行目〜）を採用し、このポ
スト酸化物にダイアフラム（多結晶シリコン）を蒸着し
ている。ポスト酸化物は、後に、蒸着材料により支持さ
れるダイアフラムをその縁部に沿った領域でのみ残すこ
とにより除去される。電気的感知素子のもう１つの保護
形態として、本発明は、ダイアフラム自体がそれほど損
傷を受けないと思われる状況では充填を使用せずに、そ
のような素子の形成後に低温静電接合プロセスを採用す
る。このようなダイアフラムセンサの構造と製造方法を
改善するいくつかの点も説明する。それらの特徴は、セ
ンサを導入できる用途の融通性をさらに向上させるもの
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
なダイアフラムセンサの製造方法などにおいて使用され
るウェハの処理を改善することを課題とするものであ
る。
なダイアフラムセンサの製造方法などにおいて使用され
るウェハの処理を改善することを課題とするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ウェハのエッチング液を
すすぎ落とし、水酸化物及びＨ2Ｏ2の水溶液に浸してそ
の溶液をすすぎ落とし、その後ウェハを接触させて接合
し、また、ウェハ表面に形成されたバーズビークをエッ
チング除去することを含む。以下に説明する方法を使用
すると、上記の方法だけでなく他の新規な構造をも構成
する結果になる。以下の詳細な説明はそのプロセスを規
定する。
すすぎ落とし、水酸化物及びＨ2Ｏ2の水溶液に浸してそ
の溶液をすすぎ落とし、その後ウェハを接触させて接合
し、また、ウェハ表面に形成されたバーズビークをエッ
チング除去することを含む。以下に説明する方法を使用
すると、上記の方法だけでなく他の新規な構造をも構成
する結果になる。以下の詳細な説明はそのプロセスを規
定する。
【０００７】
【実施例】以下の詳細な説明はどの当業者にも本発明を
構成し且つ利用することを可能にするために提示される
もので、特定の１つの用途とその要求事項に関連して与
えられる。好ましい実施例の様々な変形は当業者には容
易に明らかになるであろう。また、ここで規定する一般
原理は本発明の趣旨から逸脱せずに他の正当に明白であ
り且つ有用である実施例や用途にも適用できる。従っ
て、本発明はここに示す実施例に限定されるのではな
く、ここに開示する原理及び特徴と矛盾しない最も広い
範囲を与えられるものとする。
構成し且つ利用することを可能にするために提示される
もので、特定の１つの用途とその要求事項に関連して与
えられる。好ましい実施例の様々な変形は当業者には容
易に明らかになるであろう。また、ここで規定する一般
原理は本発明の趣旨から逸脱せずに他の正当に明白であ
り且つ有用である実施例や用途にも適用できる。従っ
て、本発明はここに示す実施例に限定されるのではな
く、ここに開示する原理及び特徴と矛盾しない最も広い
範囲を与えられるものとする。
【０００８】図１に示す従来の装置１０は、ポート１３
を含むパイレックス（登録商標）（又は別のガラス，も
しくはそれに類する材料）のポートチューブ１２に接合
された１片のシリコン１１から構成されている。周囲空
気，シリコーン油又は他の関連する流体などの測定流体
又は試験流体は、このポート１３を通ってダイアフラム
１４に作用する。絶縁層１５はダイアフラムとその電気
的特性の劣化を防止する。デルタ領域１６，１７はダイ
アフラム１４の湾曲に伴って電気的特性を変える。抵抗
センサの場合には一般にホィートストンブリッジなどの
装置を採用する解釈回路に接続している電気リード線１
９にパッド１８を介してデルタ領域１６を接続すること
により、そのような特性の変化を測定できる。（解釈回
路やそれに関連する他の回路は本発明の対象ではないの
で、図示されていない。）デルタ領域１６，１７は、ダ
イアフラムのそれ以外の部分とは異なる特性をもつ電気
的感知構造を得るためにセンサの表面に不純物を添加す
るか、又はその他の方法を利用して形成してもよい。そ
のような電気的構造をパターン形成する方法や、その構
造は数多くあり、その多くは通常の当業者には良く知ら
れているので、ここではその詳細を示さない。
を含むパイレックス（登録商標）（又は別のガラス，も
しくはそれに類する材料）のポートチューブ１２に接合
された１片のシリコン１１から構成されている。周囲空
気，シリコーン油又は他の関連する流体などの測定流体
又は試験流体は、このポート１３を通ってダイアフラム
１４に作用する。絶縁層１５はダイアフラムとその電気
的特性の劣化を防止する。デルタ領域１６，１７はダイ
アフラム１４の湾曲に伴って電気的特性を変える。抵抗
センサの場合には一般にホィートストンブリッジなどの
装置を採用する解釈回路に接続している電気リード線１
９にパッド１８を介してデルタ領域１６を接続すること
により、そのような特性の変化を測定できる。（解釈回
路やそれに関連する他の回路は本発明の対象ではないの
で、図示されていない。）デルタ領域１６，１７は、ダ
イアフラムのそれ以外の部分とは異なる特性をもつ電気
的感知構造を得るためにセンサの表面に不純物を添加す
るか、又はその他の方法を利用して形成してもよい。そ
のような電気的構造をパターン形成する方法や、その構
造は数多くあり、その多くは通常の当業者には良く知ら
れているので、ここではその詳細を示さない。
【０００９】図２３は、この明細書で教示する工程を使
用して製造し、完成したセンサ２０１の１つの側面図で
ある。尚、ダイアフラムに上からの作用と，下からの作
用と，「軸外れ」，すなわち、側面から外れた位置から
の作用とを与える３種類のポート１０１ｂ，１０１ｃ及
び１０１ｄを設けることが可能である。軸上ポート，す
なわち、上であれ，下であれ，ダイアフラムの中心と一
致する位置にあるポートも可能である。この場合、ポー
ト１０１ｃは接合ワイヤ（図示せず）の接合用パッド６
１にも作用を与える。接合ワイヤはこのポート１０１ｃ
を通して差込まれ、パッド６１に接続されていても良
い。
用して製造し、完成したセンサ２０１の１つの側面図で
ある。尚、ダイアフラムに上からの作用と，下からの作
用と，「軸外れ」，すなわち、側面から外れた位置から
の作用とを与える３種類のポート１０１ｂ，１０１ｃ及
び１０１ｄを設けることが可能である。軸上ポート，す
なわち、上であれ，下であれ，ダイアフラムの中心と一
致する位置にあるポートも可能である。この場合、ポー
ト１０１ｃは接合ワイヤ（図示せず）の接合用パッド６
１にも作用を与える。接合ワイヤはこのポート１０１ｃ
を通して差込まれ、パッド６１に接続されていても良
い。
【００１０】基本構造ブロックから始めて、まず、酸素
（又は蒸気）が存在する環境の下で標準の研磨シリコン
ウェハ（図示せず）を加熱して、約２００オングストロ
ームから１．４マイクロメートルの酸化物層を成長させ
る。（当然のことながら、シリコンウェハ以外の別の材
料を使用して作業を進める場合には、この工程で類似す
る目的のための類似する材料を使用すべきである。） 必要に応じて様々に異なるエッチング液を使用するとき
に幾分かの融通性を得るために、酸化物層の上に窒化物
層を蒸着しても良い。図２ではウェハ４０の上に酸化物
層４１が示されており、その上に窒化物層４４（図示せ
ず）があっても良いであろう。次に、酸化物で被覆され
たウェハにパターンを形成すべきである。ここで使用す
る「パターン形成」という用語は、当該技術でも一般的
に使用されている通り、酸化物被覆表面にフォトレジス
トを塗布し、そのフォトレジストを前焼付けし、ウェハ
をフォトマスクと整列させ、フォトマスクを介してウェ
ハを露光し、フォトレジストを現像し、ウェハを焼付け
し、フォトレジストにより保護されていない表面領域を
エッチングによって除去し、以降の処理を実施すること
ができるようにフォトレジストの保護領域を剥取ること
である。現在、この種のパターン形成方法は集積回路や
マイクロ構造の製造では一般的である。この明細書に記
載される発明の概念から逸脱せずに代替方法となりうる
類似の方法を開発しても良い。処理工程のこの時点で、
申し分のない充填を行うために、低温酸化物方法と、熱
酸化物方法という２つの代替方法を使用できる。（尚、
ここで酸化物というときは、それは一般に二酸化シリコ
ンであり、窒化物というときは、それは一般に窒化シリ
コンである。シリコンでない材料の層を使用する場合に
は酸化物又は窒化物は別の材料であっても良いが、窒化
シリコンと二酸化シリコンが好ましい。）
（又は蒸気）が存在する環境の下で標準の研磨シリコン
ウェハ（図示せず）を加熱して、約２００オングストロ
ームから１．４マイクロメートルの酸化物層を成長させ
る。（当然のことながら、シリコンウェハ以外の別の材
料を使用して作業を進める場合には、この工程で類似す
る目的のための類似する材料を使用すべきである。） 必要に応じて様々に異なるエッチング液を使用するとき
に幾分かの融通性を得るために、酸化物層の上に窒化物
層を蒸着しても良い。図２ではウェハ４０の上に酸化物
層４１が示されており、その上に窒化物層４４（図示せ
ず）があっても良いであろう。次に、酸化物で被覆され
たウェハにパターンを形成すべきである。ここで使用す
る「パターン形成」という用語は、当該技術でも一般的
に使用されている通り、酸化物被覆表面にフォトレジス
トを塗布し、そのフォトレジストを前焼付けし、ウェハ
をフォトマスクと整列させ、フォトマスクを介してウェ
ハを露光し、フォトレジストを現像し、ウェハを焼付け
し、フォトレジストにより保護されていない表面領域を
エッチングによって除去し、以降の処理を実施すること
ができるようにフォトレジストの保護領域を剥取ること
である。現在、この種のパターン形成方法は集積回路や
マイクロ構造の製造では一般的である。この明細書に記
載される発明の概念から逸脱せずに代替方法となりうる
類似の方法を開発しても良い。処理工程のこの時点で、
申し分のない充填を行うために、低温酸化物方法と、熱
酸化物方法という２つの代替方法を使用できる。（尚、
ここで酸化物というときは、それは一般に二酸化シリコ
ンであり、窒化物というときは、それは一般に窒化シリ
コンである。シリコンでない材料の層を使用する場合に
は酸化物又は窒化物は別の材料であっても良いが、窒化
シリコンと二酸化シリコンが好ましい。）
【００１１】低温酸化（ＬＴＯ）充填方法 図１２を参照すると、エッチングされていない領域の上
に酸化物層４１が残っているパターン形成ウェハ４０の
横断面図が示されている。尚、このＬＴＯ方法を使用す
る場合、シリコンウェハ自体に空洞４３のパターンが形
成され、その空洞をエッチングしている。これは、パタ
ーン形成後、酸化物と，窒化物と，シリコン結晶構造と
を１工程でエッチングするエッチング液によって実施さ
れても良いが、複数のエッチング液又はドライ（プラズ
マ）エッチング剤を利用することもできるであろう。エ
ッチングによって出来た空洞４３の一方の側には、溝通
路４１ａがある。空洞と、それに接続する溝通路はこの
特定のパターンの基本構造を形成するが、数多くの変形
も使用できるであろう。そのような溝通路を設けると、
完成した製品のダイアフラムの横軸から離れた場所から
この空洞を操作することが可能になる。溝通路４１ａは
図１１にさらに明瞭されている。
に酸化物層４１が残っているパターン形成ウェハ４０の
横断面図が示されている。尚、このＬＴＯ方法を使用す
る場合、シリコンウェハ自体に空洞４３のパターンが形
成され、その空洞をエッチングしている。これは、パタ
ーン形成後、酸化物と，窒化物と，シリコン結晶構造と
を１工程でエッチングするエッチング液によって実施さ
れても良いが、複数のエッチング液又はドライ（プラズ
マ）エッチング剤を利用することもできるであろう。エ
ッチングによって出来た空洞４３の一方の側には、溝通
路４１ａがある。空洞と、それに接続する溝通路はこの
特定のパターンの基本構造を形成するが、数多くの変形
も使用できるであろう。そのような溝通路を設けると、
完成した製品のダイアフラムの横軸から離れた場所から
この空洞を操作することが可能になる。溝通路４１ａは
図１１にさらに明瞭されている。
【００１２】製造の後の工程で空洞４３と溝通路４１ａ
をエッチングストッパとして作用させるために、必要に
応じて空洞４３と溝通路４１ａに大量のホウ素を不純物
として添加しても良い。熱成長させたＳｉＯ2 ，ＬＴ
Ｏ，ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）窒化シリコン又はスパ
ッタリングした窒化シリコンを含めて、他のエッチング
ストッパ材料を使用すると作業はさらに容易になるであ
ろうが、これらの材料を使用するときにはパターン形成
が必要である。図１２に関して説明した処理を実施した
後、凹部を有するウェハの表面に低温酸化物（ＬＴＯ）
を蒸着する。図１３には、酸化物層４１と、窒化物層４
４とを有する基板ウェハ４０が示されている。窒化物層
４４の上に低温酸化物４５が蒸着される。この蒸着は気
体反応又はスパッタリングを経て起こすことができる。
尚、典型的な１００００オングストロームの厚さの場
合、ＬＴＯの厚さには約１０パーセントから１２パーセ
ントの変動があるのが普通である。これは、表面が非常
に平坦でなめらかであり、厚さの変動が１％未満である
高温酸化プロセスとは異なっている。尚、この低温酸化
物４６の上面はシリコンウェハ４０にエッチングした空
洞の深さを越えていても良い。
をエッチングストッパとして作用させるために、必要に
応じて空洞４３と溝通路４１ａに大量のホウ素を不純物
として添加しても良い。熱成長させたＳｉＯ2 ，ＬＴ
Ｏ，ＬＰＣＶＤ（低圧化学蒸着）窒化シリコン又はスパ
ッタリングした窒化シリコンを含めて、他のエッチング
ストッパ材料を使用すると作業はさらに容易になるであ
ろうが、これらの材料を使用するときにはパターン形成
が必要である。図１２に関して説明した処理を実施した
後、凹部を有するウェハの表面に低温酸化物（ＬＴＯ）
を蒸着する。図１３には、酸化物層４１と、窒化物層４
４とを有する基板ウェハ４０が示されている。窒化物層
４４の上に低温酸化物４５が蒸着される。この蒸着は気
体反応又はスパッタリングを経て起こすことができる。
尚、典型的な１００００オングストロームの厚さの場
合、ＬＴＯの厚さには約１０パーセントから１２パーセ
ントの変動があるのが普通である。これは、表面が非常
に平坦でなめらかであり、厚さの変動が１％未満である
高温酸化プロセスとは異なっている。尚、この低温酸化
物４６の上面はシリコンウェハ４０にエッチングした空
洞の深さを越えていても良い。
【００１３】ＬＴＯを蒸着した後、充填部分となるべき
ＬＴＯの一部分を保護するために、フォトレジストのパ
ターンを塗布しても良い。図１４には、フォトレジスト
４７が低温酸化物４５の一部を覆っている状態が示され
ている。凹部領域の場所がフォトレジストが露出した状
態で残っているところで、緩衝酸化物エッチングを採用
して、保護されている酸化物充填部４９のみを残し、図
１５及び図１６に示す通り、保護されていないＬＴＯを
除去する。パターン形成されたフォトレジストにより保
護されている部分を除いて、低温酸化物のほぼ全てを除
去する。
ＬＴＯの一部分を保護するために、フォトレジストのパ
ターンを塗布しても良い。図１４には、フォトレジスト
４７が低温酸化物４５の一部を覆っている状態が示され
ている。凹部領域の場所がフォトレジストが露出した状
態で残っているところで、緩衝酸化物エッチングを採用
して、保護されている酸化物充填部４９のみを残し、図
１５及び図１６に示す通り、保護されていないＬＴＯを
除去する。パターン形成されたフォトレジストにより保
護されている部分を除いて、低温酸化物のほぼ全てを除
去する。
【００１４】窒化物を使用する場合、次に、窒化物を選
択ドライエッチング剤によってエッチングする。次に、
「フィールド」酸化物（ウェハ４０の全面を被覆するた
めに当初成長させた酸化物）を除去する。その後、フォ
トレジストを剥取るべきである。ウェハ４０，４０ａ
（図１０）の表面の高さを残っている低温酸化物４９，
４９ａの表面と同じか又はそれを越える高さにすること
が重要であるという点に注意すべきである。そのような
高さならしを行う方法はいくつかある。好ましい実施例
で適切な高さが得られるまで、短期間にわたって、酸化
物をエッチングするがシリコンをエッチングしないウェ
ットエッチング剤を使用することができるが、機械的摩
耗又は研磨を使用しても良い。
択ドライエッチング剤によってエッチングする。次に、
「フィールド」酸化物（ウェハ４０の全面を被覆するた
めに当初成長させた酸化物）を除去する。その後、フォ
トレジストを剥取るべきである。ウェハ４０，４０ａ
（図１０）の表面の高さを残っている低温酸化物４９，
４９ａの表面と同じか又はそれを越える高さにすること
が重要であるという点に注意すべきである。そのような
高さならしを行う方法はいくつかある。好ましい実施例
で適切な高さが得られるまで、短期間にわたって、酸化
物をエッチングするがシリコンをエッチングしないウェ
ットエッチング剤を使用することができるが、機械的摩
耗又は研磨を使用しても良い。
【００１５】熱酸化充填方法 許容しうる充填部を形成する低温酸化に代わる方法は、
熱酸化方法である。まず、図１７を参照すると、先に説
明したような初期処理工程に従うことがわかるが、酸化
物層４１（及び窒化物層４４があればその層）のパター
ン除去の後、シリコン基板４０の中へのエッチングはな
い。その代わりに、酸素又は水蒸気（蒸気）が存在する
環境の中でシリコンウェハ４０を加熱することにより、
酸化物７０が形成され、その酸化物は直ちにシリコンウ
ェハの表面４０ａの高さの上と下へ拡張してゆく。窒化
物層４４を塗布してあれば、新たに成長する酸化物７０
は（空洞に近い縁部を除いて）窒化物層の下方に位置す
る酸化物の厚さを増すことなく形成されるであろう。Ｌ
ＴＯプロセスの場合と同様に、必要に応じて溝通路をパ
ターン形成し、それにホウ素を添加しても良い。酸化さ
れた空洞の縁部に隆起、すなわち、「バーズビーク」９
３（図１８）が形成されることに注意すべきである。そ
のような隆起９３を除去しないと、平坦な又はその他の
点で申し分のないダイアフラムを得る変化がそこなわれ
てしまう。高温酸化プロセスについては、窒化物層がは
るかに好ましい。窒化物層は適切な空洞の深さ、すなわ
ち、充填層の高さを確定する際に追加の調整機能をもつ
ことになる。
熱酸化方法である。まず、図１７を参照すると、先に説
明したような初期処理工程に従うことがわかるが、酸化
物層４１（及び窒化物層４４があればその層）のパター
ン除去の後、シリコン基板４０の中へのエッチングはな
い。その代わりに、酸素又は水蒸気（蒸気）が存在する
環境の中でシリコンウェハ４０を加熱することにより、
酸化物７０が形成され、その酸化物は直ちにシリコンウ
ェハの表面４０ａの高さの上と下へ拡張してゆく。窒化
物層４４を塗布してあれば、新たに成長する酸化物７０
は（空洞に近い縁部を除いて）窒化物層の下方に位置す
る酸化物の厚さを増すことなく形成されるであろう。Ｌ
ＴＯプロセスの場合と同様に、必要に応じて溝通路をパ
ターン形成し、それにホウ素を添加しても良い。酸化さ
れた空洞の縁部に隆起、すなわち、「バーズビーク」９
３（図１８）が形成されることに注意すべきである。そ
のような隆起９３を除去しないと、平坦な又はその他の
点で申し分のないダイアフラムを得る変化がそこなわれ
てしまう。高温酸化プロセスについては、窒化物層がは
るかに好ましい。窒化物層は適切な空洞の深さ、すなわ
ち、充填層の高さを確定する際に追加の調整機能をもつ
ことになる。
【００１６】このプロセスの次の工程は図２０に示され
ている。図２０に示すように、ウェハ４０の上には酸化
物７０と、フィールド酸化物４１とが既に成長してい
る。ここに示す通り、フォトレジスト７１を塗布する前
に窒化シリコン層４４，７４を使用し、残すこともでき
るであろうし、あるいは、図の反対側にあるようにフォ
トレジストの部分７３の下方でそれを剥取ることができ
るであろう。それは、発明を利用する人の希望によって
決まり、窒化物を除去するための選択ドライエッチング
を最初に適用すべきであるか、又は酸化物と窒化物の双
方を同時に剥取るエッチングを使用するかによる。従っ
て、この図のフォトレジストの部分７３の下方には窒化
物は示されていない。また、酸化物の成長によって形成
される空洞領域を取囲む「バーズビーク」隆起９３をこ
のプロセスで除去できることにも注意すべきである。隆
起があるところに溝を形成するためのパターン形成とエ
ッチングは、最も満足できる方法であることがわかって
いる。
ている。図２０に示すように、ウェハ４０の上には酸化
物７０と、フィールド酸化物４１とが既に成長してい
る。ここに示す通り、フォトレジスト７１を塗布する前
に窒化シリコン層４４，７４を使用し、残すこともでき
るであろうし、あるいは、図の反対側にあるようにフォ
トレジストの部分７３の下方でそれを剥取ることができ
るであろう。それは、発明を利用する人の希望によって
決まり、窒化物を除去するための選択ドライエッチング
を最初に適用すべきであるか、又は酸化物と窒化物の双
方を同時に剥取るエッチングを使用するかによる。従っ
て、この図のフォトレジストの部分７３の下方には窒化
物は示されていない。また、酸化物の成長によって形成
される空洞領域を取囲む「バーズビーク」隆起９３をこ
のプロセスで除去できることにも注意すべきである。隆
起があるところに溝を形成するためのパターン形成とエ
ッチングは、最も満足できる方法であることがわかって
いる。
【００１７】パターンを描くフォトレジスト部分７３及
び７１もこの熱酸化プロセスでは塗布されるが、ＬＴＯ
プロセスでは不要である。（当然のことながら、それら
の追加フォトレジスト要素にかかるコストはさほどのも
のではない。）図２０に示す構造に酸化物エッチングを
適用するときには、シリコンウェハ４０にある壁（図２
１の側壁７５）のエッチングを容易にするエッチングを
使用すれば良い。フォトレジストの部分７１及び７３を
塗布すると、それらの部分７１及び７３の内側縁部に隣
接する酸化物層４１の部分を除去するために、エッチン
グ液を導入できる。側壁７５は上方に鋭角（張出し）を
有するか、あるいは垂直又は内方へ丸くなっているのが
好ましい（図２５及び図２６を参照。角度９４及び９５
は好ましい角度を示している）。尚、図１７〜図２１の
一連の図には、溝通路４１ａの場所と存在を示す構造は
示されていない。これは、図面を簡明にすることにより
プロセスの理解を助けるためのものであり、熱酸化プロ
セスを使用すると溝通路を構成できないことを指示する
ためのものではない。そのような溝通路の構成を切取り
図によって図示しても、ただ、混乱を招くだけであろ
う。同様に、図２〜図１１の一連の図には、溝通路をよ
り見やすくするために溝通路の充填を全く示していない
が、溝通路をも同じように充填することが好ましい。そ
の詳細については、図２４に関する説明を参照のこと。
び７１もこの熱酸化プロセスでは塗布されるが、ＬＴＯ
プロセスでは不要である。（当然のことながら、それら
の追加フォトレジスト要素にかかるコストはさほどのも
のではない。）図２０に示す構造に酸化物エッチングを
適用するときには、シリコンウェハ４０にある壁（図２
１の側壁７５）のエッチングを容易にするエッチングを
使用すれば良い。フォトレジストの部分７１及び７３を
塗布すると、それらの部分７１及び７３の内側縁部に隣
接する酸化物層４１の部分を除去するために、エッチン
グ液を導入できる。側壁７５は上方に鋭角（張出し）を
有するか、あるいは垂直又は内方へ丸くなっているのが
好ましい（図２５及び図２６を参照。角度９４及び９５
は好ましい角度を示している）。尚、図１７〜図２１の
一連の図には、溝通路４１ａの場所と存在を示す構造は
示されていない。これは、図面を簡明にすることにより
プロセスの理解を助けるためのものであり、熱酸化プロ
セスを使用すると溝通路を構成できないことを指示する
ためのものではない。そのような溝通路の構成を切取り
図によって図示しても、ただ、混乱を招くだけであろ
う。同様に、図２〜図１１の一連の図には、溝通路をよ
り見やすくするために溝通路の充填を全く示していない
が、溝通路をも同じように充填することが好ましい。そ
の詳細については、図２４に関する説明を参照のこと。
【００１８】充填工程に続くダイアフラムセンサの構成 このプロセスの次の工程では、充填した空洞の上にダイ
アフラム材料を配置することになる。これは、一般に、
「ｎ」型又は「ｐ」型の材料である第２のウェハ５０を
使用して行われ、そのウェハの上に「ｎ」型材料のエピ
タキシャル成長層を成長させる。図３の点線５１は、ウ
ェハ５０の「ｐ」型材料と後に成長させた「ｎ」型材料
との境界を指示する。図では、「ｐ」型材料から成るウ
ェハ４０の全面に（線５２で）ウェハ５０がかぶさるよ
うに示してある。この図には、充填材料８０は明瞭に示
されている。ここで、この構造の構成要素がどのような
相対サイズを有しているかを示唆しておくと有用であろ
う。図２の場合、長さ「ｄ」は約６０ミクロンから２０
００ミクロン，「ｆ」は４００オングストロームから１
４０００オングストローム程度、「ｅ」は０．５ミクロ
ンから５ミクロン程度である。エピタキシャル成長層
（「ｎ」）は約５ミクロンから８０ミクロンである。
アフラム材料を配置することになる。これは、一般に、
「ｎ」型又は「ｐ」型の材料である第２のウェハ５０を
使用して行われ、そのウェハの上に「ｎ」型材料のエピ
タキシャル成長層を成長させる。図３の点線５１は、ウ
ェハ５０の「ｐ」型材料と後に成長させた「ｎ」型材料
との境界を指示する。図では、「ｐ」型材料から成るウ
ェハ４０の全面に（線５２で）ウェハ５０がかぶさるよ
うに示してある。この図には、充填材料８０は明瞭に示
されている。ここで、この構造の構成要素がどのような
相対サイズを有しているかを示唆しておくと有用であろ
う。図２の場合、長さ「ｄ」は約６０ミクロンから２０
００ミクロン，「ｆ」は４００オングストロームから１
４０００オングストローム程度、「ｅ」は０．５ミクロ
ンから５ミクロン程度である。エピタキシャル成長層
（「ｎ」）は約５ミクロンから８０ミクロンである。
【００１９】さらに処理を続けるために、ウェハ５０及
び４０を共に約１時間にわたり約１１００度まで加熱す
る。ほぼ平坦な表面を有する２枚のシリコンウェハに高
い熱を加えると、それらのウェハの間に接合が生じるこ
とは良く知られている。米国特許第４，６３８，５５２
号に示唆されるように２枚のウェハを接触させるだけで
は、ウェハの表面が研磨されている場合でも、十分な接
合は得られない。熱が高くなり、圧力が大きくなるに従
って接合強さが大きく増すことは以前からわかっている
が、シリコンは摂氏１４００°で溶解し始め、１４００
°に達する前に変形も起こってしまうであろう。構造に
充填材料８０を追加しておくと、後に続く高温処理サイ
クルの間に著しく大きな保護機能を果たすことになるの
である。好ましい接合方法は、接合すべき表面を親水性
にするためにそれらの表面を処理し（たとえば、ウェハ
処理技術では一般に知られている「ＲＣＡ Ｃｌｅａ
ｎ」などの酸を含有する洗浄液を使用する工程を採用す
るが、同様にＮＨ4 ＯＨやＨ2Ｏ2の水溶液も使用できる
であろう）、２枚のウェハを接触し、それらのウェハを
摂氏６００°から１２００°の温度で熱処理する。そこ
で、ウェハ４０に接合されたウェハ５０の「ｐ」材料を
剥取ると、図４に示すように、「ｐ」材料の層に融着し
た「ｎ」材料の層が残る。しばしば見られる通り、この
層５０ａは研磨を必要とするのであるが、充填材料８０
がないと、研磨工程によってダイアフラムは損傷するか
又はゆがむおそれがある。
び４０を共に約１時間にわたり約１１００度まで加熱す
る。ほぼ平坦な表面を有する２枚のシリコンウェハに高
い熱を加えると、それらのウェハの間に接合が生じるこ
とは良く知られている。米国特許第４，６３８，５５２
号に示唆されるように２枚のウェハを接触させるだけで
は、ウェハの表面が研磨されている場合でも、十分な接
合は得られない。熱が高くなり、圧力が大きくなるに従
って接合強さが大きく増すことは以前からわかっている
が、シリコンは摂氏１４００°で溶解し始め、１４００
°に達する前に変形も起こってしまうであろう。構造に
充填材料８０を追加しておくと、後に続く高温処理サイ
クルの間に著しく大きな保護機能を果たすことになるの
である。好ましい接合方法は、接合すべき表面を親水性
にするためにそれらの表面を処理し（たとえば、ウェハ
処理技術では一般に知られている「ＲＣＡ Ｃｌｅａ
ｎ」などの酸を含有する洗浄液を使用する工程を採用す
るが、同様にＮＨ4 ＯＨやＨ2Ｏ2の水溶液も使用できる
であろう）、２枚のウェハを接触し、それらのウェハを
摂氏６００°から１２００°の温度で熱処理する。そこ
で、ウェハ４０に接合されたウェハ５０の「ｐ」材料を
剥取ると、図４に示すように、「ｐ」材料の層に融着し
た「ｎ」材料の層が残る。しばしば見られる通り、この
層５０ａは研磨を必要とするのであるが、充填材料８０
がないと、研磨工程によってダイアフラムは損傷するか
又はゆがむおそれがある。
【００２０】「ｐ」材料を使用するところと、「ｎ」材
料を使用するところを逆にしても良く、また、ウェハを
エピタキシャル層まで薄くしてゆくために選択エッチン
グ液を使用するのであれば、全てを「ｎ」又は「ｐ」に
することもできるであろう。ここで、特定の電気的特性
をもつ材料を使用しているのは、単に、好ましい一実施
例を例示するためにすぎない。また、ウェハ全体に不純
物を添加し、それを必要な大きさまで縮小することも可
能である。その後、ウェハを薄くするために同様に研磨
を利用しても良い。次に、表面の層５０ａに酸化物５３
（図５）を塗布する。次に、酸化物層５３にパターンを
規定してエッチングを行うと、除去領域５４が形成され
る。この領域５４を通して、層５０ａの領域５５にホウ
素材料を注入又は拡散しても良い。再びパターン形成と
エッチングを行い、酸化物層５３から領域５７を除去す
ると、図６の領域５６に指示するようにさらに不純物を
添加することができる。不純物添加領域５７及び５５は
ピエゾ抵抗センサ領域と、それらのセンサ領域に至る電
気的導通通路の双方を形成し、その中に完成前ダイアフ
ラム５８が入っていることになる。領域５５は領域５７
より厚いものとして示されているが、それは単に領域５
５により大量の不純物が添加されていることを意味する
だけであり、仮に領域５５のほうが厚いとしても領域５
５が厚いことを示してはいない。
料を使用するところを逆にしても良く、また、ウェハを
エピタキシャル層まで薄くしてゆくために選択エッチン
グ液を使用するのであれば、全てを「ｎ」又は「ｐ」に
することもできるであろう。ここで、特定の電気的特性
をもつ材料を使用しているのは、単に、好ましい一実施
例を例示するためにすぎない。また、ウェハ全体に不純
物を添加し、それを必要な大きさまで縮小することも可
能である。その後、ウェハを薄くするために同様に研磨
を利用しても良い。次に、表面の層５０ａに酸化物５３
（図５）を塗布する。次に、酸化物層５３にパターンを
規定してエッチングを行うと、除去領域５４が形成され
る。この領域５４を通して、層５０ａの領域５５にホウ
素材料を注入又は拡散しても良い。再びパターン形成と
エッチングを行い、酸化物層５３から領域５７を除去す
ると、図６の領域５６に指示するようにさらに不純物を
添加することができる。不純物添加領域５７及び５５は
ピエゾ抵抗センサ領域と、それらのセンサ領域に至る電
気的導通通路の双方を形成し、その中に完成前ダイアフ
ラム５８が入っていることになる。領域５５は領域５７
より厚いものとして示されているが、それは単に領域５
５により大量の不純物が添加されていることを意味する
だけであり、仮に領域５５のほうが厚いとしても領域５
５が厚いことを示してはいない。
【００２１】それらの注入物質を活性化し、酸化物の薄
い層を成長させた後、窒化シリコン又はリンを添加した
ガラス層などのパッシベーション層５９（図５）をｎ層
５０ａの上に蒸着する。この方法について、完成前ダイ
アフラムの上に電気的構造を構成するために使用できる
ような他の工程やデバイスは数多くあるが、ここで説明
する方法は、保護層を追加することを含めて、申し分な
く、そのような方法を実施するための最良の態様である
ことがわかっている。本発明の特許請求の範囲は、ここ
で説明する電気的特徴又は説明するそれらの特徴を発生
させる方法に限定されるべきではない。たとえば、容量
性ダイアフラムセンサを構成することを望む場合には、
ここで説明する充填方法を採用すると、ダイアフラムを
保護するのに有用であることは自明であろう。
い層を成長させた後、窒化シリコン又はリンを添加した
ガラス層などのパッシベーション層５９（図５）をｎ層
５０ａの上に蒸着する。この方法について、完成前ダイ
アフラムの上に電気的構造を構成するために使用できる
ような他の工程やデバイスは数多くあるが、ここで説明
する方法は、保護層を追加することを含めて、申し分な
く、そのような方法を実施するための最良の態様である
ことがわかっている。本発明の特許請求の範囲は、ここ
で説明する電気的特徴又は説明するそれらの特徴を発生
させる方法に限定されるべきではない。たとえば、容量
性ダイアフラムセンサを構成することを望む場合には、
ここで説明する充填方法を採用すると、ダイアフラムを
保護するのに有用であることは自明であろう。
【００２２】この構造がどのような外観を呈するであろ
うかということを説明するために、図２９を参照する
と、図２９には、３枚のウェハが圧力管に接合されてい
る構成の容量性センサデバイス４が示されている。ウェ
ハ１はその上面にメタライズ層６を有し、好ましくは薄
膜パイレックスボンド，ガラスフリット，エポキシ樹脂
又は共晶金などの接合膜７によって誘電体層８に接合さ
れて、それにより、ダイアフラム層９の上面を形成す
る。ダイアフラム層の下方には別の熱酸化物層２０１が
あり、その層はウェハ２０２に融着接合されるのが好ま
しい。ウェハ２０２と圧力管５との間には、別のメタラ
イズ層２０３がある。この構成について中心から外れた
圧力ポート２０４（アクセス通路４１ｂを通って空洞２
１０に至る）を設けるのが好ましいが、アクセス圧力ポ
ート２０６に至る中心上圧力ポート２０５も許容される
であろう。容量性センサ４の場合、関連する層に対する
少なくとも３つの電気的接点が必要である。図２９に示
すように、それらの接点は上部メタライズ層６に通じる
２０７と，エピタキシャル層９に通じる２０８と，メタ
ライズ層２０３に通じる２０９である。充填酸化物材料
を除去すると、層９とウェハ２０２との間の絶縁層が除
去されることになるので、この容量性センサの用途によ
っては、空洞２１０又は層９の下面を酸化物エッチング
液に反応しない誘電体材料によって被覆することが必要
になるであろう。（従って、単に充填を行わないか，又
は充填材料を除去するために選択エッチング方法を使用
するか，あるいは、必要に応じて層２０１に使用した酸
化物とは異なる酸化物を使用することが可能であろ
う。）
うかということを説明するために、図２９を参照する
と、図２９には、３枚のウェハが圧力管に接合されてい
る構成の容量性センサデバイス４が示されている。ウェ
ハ１はその上面にメタライズ層６を有し、好ましくは薄
膜パイレックスボンド，ガラスフリット，エポキシ樹脂
又は共晶金などの接合膜７によって誘電体層８に接合さ
れて、それにより、ダイアフラム層９の上面を形成す
る。ダイアフラム層の下方には別の熱酸化物層２０１が
あり、その層はウェハ２０２に融着接合されるのが好ま
しい。ウェハ２０２と圧力管５との間には、別のメタラ
イズ層２０３がある。この構成について中心から外れた
圧力ポート２０４（アクセス通路４１ｂを通って空洞２
１０に至る）を設けるのが好ましいが、アクセス圧力ポ
ート２０６に至る中心上圧力ポート２０５も許容される
であろう。容量性センサ４の場合、関連する層に対する
少なくとも３つの電気的接点が必要である。図２９に示
すように、それらの接点は上部メタライズ層６に通じる
２０７と，エピタキシャル層９に通じる２０８と，メタ
ライズ層２０３に通じる２０９である。充填酸化物材料
を除去すると、層９とウェハ２０２との間の絶縁層が除
去されることになるので、この容量性センサの用途によ
っては、空洞２１０又は層９の下面を酸化物エッチング
液に反応しない誘電体材料によって被覆することが必要
になるであろう。（従って、単に充填を行わないか，又
は充填材料を除去するために選択エッチング方法を使用
するか，あるいは、必要に応じて層２０１に使用した酸
化物とは異なる酸化物を使用することが可能であろ
う。）
【００２３】そこで、図６を参照すると、酸化物５３が
エッチングにより除去されている。次に、表面を酸化物
又は他の誘電体の層４９で覆い、再び、窒化物又はリン
を添加した酸化物の層５９で覆う（図７）。図８は、通
路４１ａに至るアクセスポートを設けることが可能な場
所、すなわち、通路６６及び６６ａを示している。たと
えば、点線６６ｂにより示すポートのような軸上のポー
トを使用することもできるであろう。図８に示すパッド
６１のような接合パッドを形成するときに使用できる好
ましい金属はいくつかある。使用するのに妥当であると
思われる金属は銅，アルミニウム，シリコン合金，ある
いは、ケイ化プラチナにＴｉＷ／Ａｕ／ＴｉＷ又はＴｉ
／Ｐｄ／Ａｕの積層構造を重ねたものであるが、そのよ
うな金属にフォトレジストでパターンを形成し、輪郭を
規定する（当業者には知られている一連の金属エッチン
グによりエッチングする）ことになる。上記の金属と製
造工程は許容しうると思われるが、本発明の範囲を越え
ずに他の金属や製造工程を選択しても良い。それらの材
料又はそれに類似する材料からパッドを形成するときに
は、当業者には良く知られている様々な方法を使用して
良い。この段階で、用途によっては、装置は完成したと
考えても良い。
エッチングにより除去されている。次に、表面を酸化物
又は他の誘電体の層４９で覆い、再び、窒化物又はリン
を添加した酸化物の層５９で覆う（図７）。図８は、通
路４１ａに至るアクセスポートを設けることが可能な場
所、すなわち、通路６６及び６６ａを示している。たと
えば、点線６６ｂにより示すポートのような軸上のポー
トを使用することもできるであろう。図８に示すパッド
６１のような接合パッドを形成するときに使用できる好
ましい金属はいくつかある。使用するのに妥当であると
思われる金属は銅，アルミニウム，シリコン合金，ある
いは、ケイ化プラチナにＴｉＷ／Ａｕ／ＴｉＷ又はＴｉ
／Ｐｄ／Ａｕの積層構造を重ねたものであるが、そのよ
うな金属にフォトレジストでパターンを形成し、輪郭を
規定する（当業者には知られている一連の金属エッチン
グによりエッチングする）ことになる。上記の金属と製
造工程は許容しうると思われるが、本発明の範囲を越え
ずに他の金属や製造工程を選択しても良い。それらの材
料又はそれに類似する材料からパッドを形成するときに
は、当業者には良く知られている様々な方法を使用して
良い。この段階で、用途によっては、装置は完成したと
考えても良い。
【００２４】図８に示すように、このダイアフラムを含
む構造は、それ以降、最小限の処理を行えば使用可能で
あろう。線６６により指示する領域で裏側をエッチング
し、酸化物エッチングによって充填材料を除去すること
により、１つのアクセスポートを有する単純なダイアフ
ラム構造が得られるであろう。しかしながら、充填材料
がダイアフラム５８を支持している状態でさらに処理を
続けても良い。そこで、図９を参照すると、ウェハ４０
の上面にはダイアフラム層５０ａ（完成前ダイアフラム
５８を含む）が接合しており、その層５８の上にはパイ
レックスガラス層８１がスパッタリングされている。と
ころが、３つ以上のウェハ構成でダイアフラム５８の上
方に接合されるウェハ（図９には示さず）においてこの
工程を実施することが可能であるという点に注意すべき
である。その目的は、使用中のダイアフラムとセンサの
正常な変形を可能にすると共に、ダイアフラムから分離
し且つダイアフラム層を次のウェハに接合することであ
る。下方の層の代わりに、上方のウェハにパイレックス
をスパッタリングすることも同様に好ましいであろう。
また、パイレックスガラスは不可欠の材料ではなく、た
とえば、ホウリンケイ酸ガラス，ガラスフリット又は共
晶金などの、同様の特性をもつ他の材料でも良いであろ
う。（パイレックスはＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ Ｃ
ｏｍｐａｎｙの商標である。）
む構造は、それ以降、最小限の処理を行えば使用可能で
あろう。線６６により指示する領域で裏側をエッチング
し、酸化物エッチングによって充填材料を除去すること
により、１つのアクセスポートを有する単純なダイアフ
ラム構造が得られるであろう。しかしながら、充填材料
がダイアフラム５８を支持している状態でさらに処理を
続けても良い。そこで、図９を参照すると、ウェハ４０
の上面にはダイアフラム層５０ａ（完成前ダイアフラム
５８を含む）が接合しており、その層５８の上にはパイ
レックスガラス層８１がスパッタリングされている。と
ころが、３つ以上のウェハ構成でダイアフラム５８の上
方に接合されるウェハ（図９には示さず）においてこの
工程を実施することが可能であるという点に注意すべき
である。その目的は、使用中のダイアフラムとセンサの
正常な変形を可能にすると共に、ダイアフラムから分離
し且つダイアフラム層を次のウェハに接合することであ
る。下方の層の代わりに、上方のウェハにパイレックス
をスパッタリングすることも同様に好ましいであろう。
また、パイレックスガラスは不可欠の材料ではなく、た
とえば、ホウリンケイ酸ガラス，ガラスフリット又は共
晶金などの、同様の特性をもつ他の材料でも良いであろ
う。（パイレックスはＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ Ｃ
ｏｍｐａｎｙの商標である。）
【００２５】ウェハ６４をパイレックス又は他の材料の
層８１に対して整列し、層８１に熱電接合する前に、１
０１ａ及び１０１ｃなどのポートを形成するために、第
３のウェハ（６４，図１１）を前処理しておくのが好ま
しい。ポートをエッチングするときの通常の方法は異方
性エッチングである。パイレックス（又は同様の適切な
材料）の層をどちらのウェハ（上のウェハ６４又は下の
ウェハ４０，５０ａ）に配置するかにかかわらず、好ま
しい接合方法は熱電方式である。すなわち、ウェハを整
列して、接触させ、次に、おだやかに加熱しながら界面
に電流を流すのである。ウェハ製造技術の分野の当業者
であれば、電流、時間又は加えられる熱のレベルを上げ
ることによって、満足しうる接合強さを得るために他の
ファクターを考慮に入れる必要は少なくなるということ
は認められるであろう。同様に、材料を変えれば、接合
方法の変更が必要になる。たとえば、より厚いパイレッ
クス又は同様の材料の層を使用する場合、時間を延長す
るか、電流又は熱のレベルを上げることも必要になる。
この種の接合に関しては、仙台の東北大学のエガシ他の
論文「Ｌｏｗ−ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｉｌｉｃｏｎ
−ｔｏ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ
Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｌｏｗ Ｍｅｌｔｉｎｇ
Ｐｏｉｎｔ Ｇｌａｓｓ」の中の「Ｓｅｎｓｏｒｓ ａ
ｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」Ａ２１〜Ａ２３（１９９０
年），９３１〜９３４ページを参照すると良い。実質的
に摂氏６００°未満に加熱する場合、許容しうる接合を
得るために使用する電圧レベルは、現時点では、広範囲
にわたると思われる（１５〜４００ボルト．主に、層８
１のパイレックス又は他の材料の厚さによって決ま
る）。この接合を真空中で実施するのが好ましいが、そ
れは不可欠ではない。
層８１に対して整列し、層８１に熱電接合する前に、１
０１ａ及び１０１ｃなどのポートを形成するために、第
３のウェハ（６４，図１１）を前処理しておくのが好ま
しい。ポートをエッチングするときの通常の方法は異方
性エッチングである。パイレックス（又は同様の適切な
材料）の層をどちらのウェハ（上のウェハ６４又は下の
ウェハ４０，５０ａ）に配置するかにかかわらず、好ま
しい接合方法は熱電方式である。すなわち、ウェハを整
列して、接触させ、次に、おだやかに加熱しながら界面
に電流を流すのである。ウェハ製造技術の分野の当業者
であれば、電流、時間又は加えられる熱のレベルを上げ
ることによって、満足しうる接合強さを得るために他の
ファクターを考慮に入れる必要は少なくなるということ
は認められるであろう。同様に、材料を変えれば、接合
方法の変更が必要になる。たとえば、より厚いパイレッ
クス又は同様の材料の層を使用する場合、時間を延長す
るか、電流又は熱のレベルを上げることも必要になる。
この種の接合に関しては、仙台の東北大学のエガシ他の
論文「Ｌｏｗ−ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｉｌｉｃｏｎ
−ｔｏ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ
Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｌｏｗ Ｍｅｌｔｉｎｇ
Ｐｏｉｎｔ Ｇｌａｓｓ」の中の「Ｓｅｎｓｏｒｓ ａ
ｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ」Ａ２１〜Ａ２３（１９９０
年），９３１〜９３４ページを参照すると良い。実質的
に摂氏６００°未満に加熱する場合、許容しうる接合を
得るために使用する電圧レベルは、現時点では、広範囲
にわたると思われる（１５〜４００ボルト．主に、層８
１のパイレックス又は他の材料の厚さによって決ま
る）。この接合を真空中で実施するのが好ましいが、そ
れは不可欠ではない。
【００２６】あるいは、ウェハ６４に底部からホウ素を
添加してあるならば、まず、ウェハ６４を層８１に接合
することが可能であろう。シリコンを除去し、ウェハ６
４の大量のホウ素が添加してある層（図示せず）で２ミ
クロン程度の厚さでエッチングを停止するために、水酸
化カリウムなどの異方性エッチング液を使用しても良
い。酸化物充填部分を除去するために、等方性エッチン
グを使用しても良い。使用するのであれば、ホウ素を添
加した層（必要に応じてウェハ４０にあっても良い）を
プラズマエッチングによって除去し、次に、フッ化水素
酸などの選択エッチング液により充填材料８０を除去す
る。このエッチングは下方のポート１０１ｂを経て行わ
れ、ダイアフラム５８の下面に至る溝通路４１ａ（図１
１）が残る。（便宜上、酸化物充填部分８０はこの通路
には示されていないが、エッチングプロセスの間に充填
材料は通路から除去される。）図２４に示す平面図で
は、充填酸化物領域は、図中符号５８，４１ａ及び４１
ｂにより指示される領域で点線により輪郭を規定される
領域であり、４１ｂの領域は、（充填部分をエッチング
するのに先立って１０１ｂがエッチングされるとき）ポ
ート１０１ｂに関するエッチングストッパを形成する。
このプロセスについて数多くの変形が可能である。たと
えば、図２０の充填部分除去構造から始めて、下方のポ
ートを密封するか、あるいは、充填部分を伴わない構造
を形成するというわずかな変更によって、絶対圧力セン
サを容易に製造できる。従って、圧力基準はダイアフラ
ムのすぐ下方の下方凹部に存在する。あるいは、充填を
利用せず、圧力ポート１０１ａの形成のみを省略した上
で、図１１の構造に至る全ての処理工程を採用しても、
絶対圧力センサは得られ、その場合、圧力媒体流体はダ
イアフラムの上面ではなく、その下面に加えられる。
添加してあるならば、まず、ウェハ６４を層８１に接合
することが可能であろう。シリコンを除去し、ウェハ６
４の大量のホウ素が添加してある層（図示せず）で２ミ
クロン程度の厚さでエッチングを停止するために、水酸
化カリウムなどの異方性エッチング液を使用しても良
い。酸化物充填部分を除去するために、等方性エッチン
グを使用しても良い。使用するのであれば、ホウ素を添
加した層（必要に応じてウェハ４０にあっても良い）を
プラズマエッチングによって除去し、次に、フッ化水素
酸などの選択エッチング液により充填材料８０を除去す
る。このエッチングは下方のポート１０１ｂを経て行わ
れ、ダイアフラム５８の下面に至る溝通路４１ａ（図１
１）が残る。（便宜上、酸化物充填部分８０はこの通路
には示されていないが、エッチングプロセスの間に充填
材料は通路から除去される。）図２４に示す平面図で
は、充填酸化物領域は、図中符号５８，４１ａ及び４１
ｂにより指示される領域で点線により輪郭を規定される
領域であり、４１ｂの領域は、（充填部分をエッチング
するのに先立って１０１ｂがエッチングされるとき）ポ
ート１０１ｂに関するエッチングストッパを形成する。
このプロセスについて数多くの変形が可能である。たと
えば、図２０の充填部分除去構造から始めて、下方のポ
ートを密封するか、あるいは、充填部分を伴わない構造
を形成するというわずかな変更によって、絶対圧力セン
サを容易に製造できる。従って、圧力基準はダイアフラ
ムのすぐ下方の下方凹部に存在する。あるいは、充填を
利用せず、圧力ポート１０１ａの形成のみを省略した上
で、図１１の構造に至る全ての処理工程を採用しても、
絶対圧力センサは得られ、その場合、圧力媒体流体はダ
イアフラムの上面ではなく、その下面に加えられる。
【００２７】軸上のポートを形成することにより、ポー
トはダイアフラムの上又は下に直接に開くことになる
（図２９のポート２０５）ので、４１ａのような圧力溝
通路を設ける必要がなくなるというのも、代替方法とし
て自明であろう。共通の平面に位置する複数のポートを
有する差圧変換器では、ダイアフラム層５０ａの図８で
点線６６ａにより指示されるのと同じような領域に低圧
アクセスポートを形成するために、上述のプロセスシー
ケンスにもう１つのパターン形成・エッチング工程を追
加することが必要である（指示されている領域の上で保
護層５８及び５９を先にパターン規定し、エッチングす
ることは自明である）。尚、ダイアフラム５８に望まし
くない影響を与えないためにポートがダイアフラム５８
から十分に遠く位置しているように、溝通路６６ｂの長
さが図示されているより長くなるであろうということも
明らかであるべきであろう。圧力ポート、すなわち、ア
クセスポートをダイアフラム５８のすぐ上又は下に位置
することが望ましい場合には、それを可能にするために
工程を変更する。これを実現するときには、溝通路６６
ｂ又は４１ａのような構造をシリコンウェハ４０の中へ
エッチングする必要はなく、アクセスポートの、ダイア
フラムの場所に関する位置を動かすだけで良い。ウェハ
間で整列する機能しか利用できない（たとえば、手動操
作でウェハを整列するとき）場合には、圧力ポートを溝
通路４１ａ（図１１）のような非常に細い溝通路と整列
させるのは不可能であると思われるので、軸上圧力ポー
トの整列又はそれに近い何かが必要であろう。ところ
が、赤外線アライナと共に、前処理し且つ微細に機械加
工したカバーウェハを使用すると、他の構成も可能にな
り、開発には好都合である。たとえば、整列，接合及び
戻りエッチングの工程の前の接合工程に先立って、中心
のウェハ（ダイアフラム層５０ａ）に事前製造ピェゾ抵
抗器を形成しても良い。
トはダイアフラムの上又は下に直接に開くことになる
（図２９のポート２０５）ので、４１ａのような圧力溝
通路を設ける必要がなくなるというのも、代替方法とし
て自明であろう。共通の平面に位置する複数のポートを
有する差圧変換器では、ダイアフラム層５０ａの図８で
点線６６ａにより指示されるのと同じような領域に低圧
アクセスポートを形成するために、上述のプロセスシー
ケンスにもう１つのパターン形成・エッチング工程を追
加することが必要である（指示されている領域の上で保
護層５８及び５９を先にパターン規定し、エッチングす
ることは自明である）。尚、ダイアフラム５８に望まし
くない影響を与えないためにポートがダイアフラム５８
から十分に遠く位置しているように、溝通路６６ｂの長
さが図示されているより長くなるであろうということも
明らかであるべきであろう。圧力ポート、すなわち、ア
クセスポートをダイアフラム５８のすぐ上又は下に位置
することが望ましい場合には、それを可能にするために
工程を変更する。これを実現するときには、溝通路６６
ｂ又は４１ａのような構造をシリコンウェハ４０の中へ
エッチングする必要はなく、アクセスポートの、ダイア
フラムの場所に関する位置を動かすだけで良い。ウェハ
間で整列する機能しか利用できない（たとえば、手動操
作でウェハを整列するとき）場合には、圧力ポートを溝
通路４１ａ（図１１）のような非常に細い溝通路と整列
させるのは不可能であると思われるので、軸上圧力ポー
トの整列又はそれに近い何かが必要であろう。ところ
が、赤外線アライナと共に、前処理し且つ微細に機械加
工したカバーウェハを使用すると、他の構成も可能にな
り、開発には好都合である。たとえば、整列，接合及び
戻りエッチングの工程の前の接合工程に先立って、中心
のウェハ（ダイアフラム層５０ａ）に事前製造ピェゾ抵
抗器を形成しても良い。
【００２８】新規な構造の説明 以上説明したような多層圧力センサを製造するのに適切
な処理能力を伴う本発明によって、圧力基準を内蔵する
絶対圧力センサと、有効な過剰圧力保護ストッパを有す
るセンサを形成しても良い。一般的に、ダイアフラムの
変形を許容する深さではあるが、空洞の底部に対して大
きな圧力が加わって無理が生じたときにダイアフラムが
伸びたり，破損したりするほどには深くないように空洞
を形成することにより、過剰圧力保護が得られる。従っ
て、厚さが約５ミクロンから８０ミクロンのダイアフラ
ムの場合、図２に関連して説明したような空洞が望まし
いであろう。片側又は両側に過剰圧力保護を伴う差圧装
置を製造するのは容易である。軸外れのアクセスポート
を設けると、複数のゲージ変換器，差圧変換器及び静圧
変換器を共に製造することができる。これを使用して、
より高い組合わせ機能性をもつ冗長性に富む構成、たと
えば、故障許容差を複数の冗長構造によって製造するこ
とができる。他の機能には、自己検査，範囲拡張，自己
校正，必要に応じた１つの装置内での低速動的応答と高
速動的応答，基準内蔵変換器がある。先に説明したプロ
セスを使用すると、０．１ｐｓｉ，すなわち、５００Ｐ
ａ未満を感知する装置と、３０００ｐｓｉ（２００ＭＰ
ａ）を越える圧力を感知する装置とを同一のダイアフラ
ム又は同じウェハ上の隣接するセルに同時に構成するこ
とが可能である。軸外れのポートはパッケージングにさ
らに融通性を与え、同一のダイアフラム又は複数のダイ
アフラムに対して作用を与える対向する圧力ポートと、
共平面圧力ポートの双方を利用可能にする。さらに、圧
力ポートを電気的リード線から完全に分離して、圧力伝
達媒体や、センサ装置全体を収納する電子回路ハウジン
グに課される制約を緩和することができる。ピエゾ抵抗
感知に代わるものとして、わずかな変形によって容量性
感知を利用しても良い（たとえば、図２９とそれに関す
る説明を参照）。基準圧力センサを使用する又は使用し
ない自己検査又は自己校正のために、ダイアフラム板要
素の静電励振（圧力に従属する共振を板に励起させる）
を追加することができる。
な処理能力を伴う本発明によって、圧力基準を内蔵する
絶対圧力センサと、有効な過剰圧力保護ストッパを有す
るセンサを形成しても良い。一般的に、ダイアフラムの
変形を許容する深さではあるが、空洞の底部に対して大
きな圧力が加わって無理が生じたときにダイアフラムが
伸びたり，破損したりするほどには深くないように空洞
を形成することにより、過剰圧力保護が得られる。従っ
て、厚さが約５ミクロンから８０ミクロンのダイアフラ
ムの場合、図２に関連して説明したような空洞が望まし
いであろう。片側又は両側に過剰圧力保護を伴う差圧装
置を製造するのは容易である。軸外れのアクセスポート
を設けると、複数のゲージ変換器，差圧変換器及び静圧
変換器を共に製造することができる。これを使用して、
より高い組合わせ機能性をもつ冗長性に富む構成、たと
えば、故障許容差を複数の冗長構造によって製造するこ
とができる。他の機能には、自己検査，範囲拡張，自己
校正，必要に応じた１つの装置内での低速動的応答と高
速動的応答，基準内蔵変換器がある。先に説明したプロ
セスを使用すると、０．１ｐｓｉ，すなわち、５００Ｐ
ａ未満を感知する装置と、３０００ｐｓｉ（２００ＭＰ
ａ）を越える圧力を感知する装置とを同一のダイアフラ
ム又は同じウェハ上の隣接するセルに同時に構成するこ
とが可能である。軸外れのポートはパッケージングにさ
らに融通性を与え、同一のダイアフラム又は複数のダイ
アフラムに対して作用を与える対向する圧力ポートと、
共平面圧力ポートの双方を利用可能にする。さらに、圧
力ポートを電気的リード線から完全に分離して、圧力伝
達媒体や、センサ装置全体を収納する電子回路ハウジン
グに課される制約を緩和することができる。ピエゾ抵抗
感知に代わるものとして、わずかな変形によって容量性
感知を利用しても良い（たとえば、図２９とそれに関す
る説明を参照）。基準圧力センサを使用する又は使用し
ない自己検査又は自己校正のために、ダイアフラム板要
素の静電励振（圧力に従属する共振を板に励起させる）
を追加することができる。
【００２９】そこで、図２２を参照すると、ダイアフラ
ム層５０ａと，分離層５０ｃと，基板ウェハ層４０と，
上部構造ウェハ層６４とを有する装置２００が示されて
いる。基板ウェハ層４０はパイレックス管７５に取付け
られているが、同様の何らかの構造も使用できるであろ
う。アクセスポート１０１ｂはダイアフラム５８の軸の
上に中心を有し、関連流体をダイアフラム５８の下面に
対して出入りさせる。ワイヤＷは場所１０１ｃでパッド
６１に接合されており、層５０ａの中の電気的構造に対
して電気的接触を成立させる。層５０ａの中の電気的構
造は、少なくとも、ダイアフラム５８と、ダイアフラム
７１のそれぞれの上方にあるピエゾ抵抗器５５と、抵抗
器５５ａのようなピエゾ抵抗器とを含む。ダイアフラム
層５０ａには、十分に活動するホイートストンブリッジ
を得るために、複数のピエゾ抵抗器を形成するのが普通
である。パイレックス層５０ｃ自体は図２２の横断面図
には５０c1，５０c2及び５０c3として表わされており、
それらの層は、それぞれ、空洞７６及び７７（又は上方
の凹部）を規定する分離構造の一部を形成している。従
って、装置２００は、（複数のピエゾ抵抗器に接続して
いる複数の接合パッドに接続する複数本のワイヤがある
と仮定すれば（そのような接続は図示されていない））
絶対基準を有する圧力センサとして機能することができ
る。そして、ダイアフラム５８は、パイレックス管７５
の内面領域に沿ったポート１０１ｂを経て、ポート１０
１ｃ及び形成されている圧力溝通路６２を通って加えら
れる圧力にさらされて、空洞７６及び７８の圧力差に応
答して湾曲する。ダイアフラム７１は、上方の圧力溝通
路５０ｃを経て上方の凹部７７に加えられる圧力、又は
下方の圧力溝通路（別の構造をとって設けられていても
良いであろう）を経て凹部７９に加えられる圧力によっ
て変形する。
ム層５０ａと，分離層５０ｃと，基板ウェハ層４０と，
上部構造ウェハ層６４とを有する装置２００が示されて
いる。基板ウェハ層４０はパイレックス管７５に取付け
られているが、同様の何らかの構造も使用できるであろ
う。アクセスポート１０１ｂはダイアフラム５８の軸の
上に中心を有し、関連流体をダイアフラム５８の下面に
対して出入りさせる。ワイヤＷは場所１０１ｃでパッド
６１に接合されており、層５０ａの中の電気的構造に対
して電気的接触を成立させる。層５０ａの中の電気的構
造は、少なくとも、ダイアフラム５８と、ダイアフラム
７１のそれぞれの上方にあるピエゾ抵抗器５５と、抵抗
器５５ａのようなピエゾ抵抗器とを含む。ダイアフラム
層５０ａには、十分に活動するホイートストンブリッジ
を得るために、複数のピエゾ抵抗器を形成するのが普通
である。パイレックス層５０ｃ自体は図２２の横断面図
には５０c1，５０c2及び５０c3として表わされており、
それらの層は、それぞれ、空洞７６及び７７（又は上方
の凹部）を規定する分離構造の一部を形成している。従
って、装置２００は、（複数のピエゾ抵抗器に接続して
いる複数の接合パッドに接続する複数本のワイヤがある
と仮定すれば（そのような接続は図示されていない））
絶対基準を有する圧力センサとして機能することができ
る。そして、ダイアフラム５８は、パイレックス管７５
の内面領域に沿ったポート１０１ｂを経て、ポート１０
１ｃ及び形成されている圧力溝通路６２を通って加えら
れる圧力にさらされて、空洞７６及び７８の圧力差に応
答して湾曲する。ダイアフラム７１は、上方の圧力溝通
路５０ｃを経て上方の凹部７７に加えられる圧力、又は
下方の圧力溝通路（別の構造をとって設けられていても
良いであろう）を経て凹部７９に加えられる圧力によっ
て変形する。
【００３０】パイレックス（又はガラスのようにそれと
ほぼ似通った性質の材料）の層５０c1，５０c2及び５０
c3を使用することのもう１つの有利な特徴は、この実施
例と、図２３に示す実施例を参照することによってわか
る。図２３の場合、図示されている２つのアクセスポー
ト１０１ｂ及び１０１ｄは管７５と、通路８５及び８６
とを通して関連流体をダイアフラム５８の両側へ導く。
ごくわずかな変形を加えて、アクセス通路８５が点線の
領域８９を経て空洞７９に入るか、又は通路８５を経て
空洞７７に入る構成にすることもできる。このように、
このプロセスを使用して利用できる融通性と変形が適切
に示されているのである。パイレックス管７５の位置を
ダイアフラム５８から離すことによって、パイレックス
管７５の熱膨張係数とダイアフラム５８の熱膨張係数と
の差がダイアフラム５８の損傷や、ダイアフラム５８か
らの読み誤りを生じさせることはなくなるであろう。厚
い上部シリコンウェハ６４の使用によって、この特徴は
さらに強いものとなる。ダイアフラムは同じ側にあるポ
ートからアクセスされても良いが、両側のポートからア
クセスされても良く、一方の側の１つのポートからのみ
アクセスされても良いが、両側から関連流体を受取って
も良い。同様に、基準ダイアフラム７１は一箇所又は複
数箇所から基準流体のアクセスを受けても良く、同じ流
体は測定用ダイアフラム５８によって受取られる。図２
３に示した構成の概要を示すために、その平面図を図２
４に示す。
ほぼ似通った性質の材料）の層５０c1，５０c2及び５０
c3を使用することのもう１つの有利な特徴は、この実施
例と、図２３に示す実施例を参照することによってわか
る。図２３の場合、図示されている２つのアクセスポー
ト１０１ｂ及び１０１ｄは管７５と、通路８５及び８６
とを通して関連流体をダイアフラム５８の両側へ導く。
ごくわずかな変形を加えて、アクセス通路８５が点線の
領域８９を経て空洞７９に入るか、又は通路８５を経て
空洞７７に入る構成にすることもできる。このように、
このプロセスを使用して利用できる融通性と変形が適切
に示されているのである。パイレックス管７５の位置を
ダイアフラム５８から離すことによって、パイレックス
管７５の熱膨張係数とダイアフラム５８の熱膨張係数と
の差がダイアフラム５８の損傷や、ダイアフラム５８か
らの読み誤りを生じさせることはなくなるであろう。厚
い上部シリコンウェハ６４の使用によって、この特徴は
さらに強いものとなる。ダイアフラムは同じ側にあるポ
ートからアクセスされても良いが、両側のポートからア
クセスされても良く、一方の側の１つのポートからのみ
アクセスされても良いが、両側から関連流体を受取って
も良い。同様に、基準ダイアフラム７１は一箇所又は複
数箇所から基準流体のアクセスを受けても良く、同じ流
体は測定用ダイアフラム５８によって受取られる。図２
３に示した構成の概要を示すために、その平面図を図２
４に示す。
【００３１】尚、空洞をダイアフラム層により被覆した
後に空洞を熱酸化により酸化させるという第３の充填方
法を採用しても良いことに注意すべきである。このプロ
セスでは、まず、基板に空洞を形成し、次に、その空洞
を覆うように第２のウェハを第１のウェハに接合するこ
とになるであろう。次に、空洞へのアクセスが得られる
ようにウェハの一方にアクセス通路、すなわち、ポート
をエッチングする。酸素が存在する中でこの構造を熱に
さらすと、酸化物が形成される。空洞を酸化物でほぼ充
填するためには、構造を約１時間にわたり摂氏１１００
°に加熱するのが好ましいであろう。その後、第２のウ
ェハの厚さを減らしてダイアフラムを形成することがで
き、次に、先に説明したような通常の処理が行われるで
あろう。図２７は、第１のウェハ１と、第２のウェハ２
とを有し、エピタキシャル成長層ｎが空洞ｃの上方に接
合されているそのような構造を示す。点線８４ａ及び８
４ｂにより示すように、ポートをウェハ１又は２のいず
れかを通してエッチングすることができるであろう。熱
酸化の後、ｐ層を除去すると、図２〜図１１の一連の図
の構造に類似する構造が残ると考えられる。
後に空洞を熱酸化により酸化させるという第３の充填方
法を採用しても良いことに注意すべきである。このプロ
セスでは、まず、基板に空洞を形成し、次に、その空洞
を覆うように第２のウェハを第１のウェハに接合するこ
とになるであろう。次に、空洞へのアクセスが得られる
ようにウェハの一方にアクセス通路、すなわち、ポート
をエッチングする。酸素が存在する中でこの構造を熱に
さらすと、酸化物が形成される。空洞を酸化物でほぼ充
填するためには、構造を約１時間にわたり摂氏１１００
°に加熱するのが好ましいであろう。その後、第２のウ
ェハの厚さを減らしてダイアフラムを形成することがで
き、次に、先に説明したような通常の処理が行われるで
あろう。図２７は、第１のウェハ１と、第２のウェハ２
とを有し、エピタキシャル成長層ｎが空洞ｃの上方に接
合されているそのような構造を示す。点線８４ａ及び８
４ｂにより示すように、ポートをウェハ１又は２のいず
れかを通してエッチングすることができるであろう。熱
酸化の後、ｐ層を除去すると、図２〜図１１の一連の図
の構造に類似する構造が残ると考えられる。
【００３２】図２８からわかるように、別の処理方法と
構造も利用することができる。この別の方法では、ダイ
アフラム層自体を使用して完成前ダイアフラム５８の一
方の側で空洞ｃを受入れる。空洞を充填した後、上述の
プロセスのいずれかを利用して（さらには、空洞ｃを充
填材料８０によって充填する前又はその後にウェハ１に
接合して）、基板材料５０ｂを除去すると、充填空洞を
有し、その上方にダイアフラムを有するダイアフラム層
５０ａが残る。充填材料は軸上アクセス及び軸外れアク
セスのためのアクセスポート８４ｂ又は８４ｃを経て除
去されても良いが、別の例としてポート８４ａを経て除
去されても良い。後に層５２に接合される上部ウェハに
空洞ｄが含まれていても良く、そのような空洞ｄを、た
とえば、図９の層８１のような層に形成しても良い。先
により明確に説明した他の変形プロセスを使用して、空
洞構造を含むこのダイアフラム層を製造しても良い。様
々な図において同一の図中符号は同様の構造を指示す
る。先に示した構造並びに先に説明したプロセスの数多
くの変形はこの分野の等業者には明白であろう。しかし
ながら、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限
定される。
構造も利用することができる。この別の方法では、ダイ
アフラム層自体を使用して完成前ダイアフラム５８の一
方の側で空洞ｃを受入れる。空洞を充填した後、上述の
プロセスのいずれかを利用して（さらには、空洞ｃを充
填材料８０によって充填する前又はその後にウェハ１に
接合して）、基板材料５０ｂを除去すると、充填空洞を
有し、その上方にダイアフラムを有するダイアフラム層
５０ａが残る。充填材料は軸上アクセス及び軸外れアク
セスのためのアクセスポート８４ｂ又は８４ｃを経て除
去されても良いが、別の例としてポート８４ａを経て除
去されても良い。後に層５２に接合される上部ウェハに
空洞ｄが含まれていても良く、そのような空洞ｄを、た
とえば、図９の層８１のような層に形成しても良い。先
により明確に説明した他の変形プロセスを使用して、空
洞構造を含むこのダイアフラム層を製造しても良い。様
々な図において同一の図中符号は同様の構造を指示す
る。先に示した構造並びに先に説明したプロセスの数多
くの変形はこの分野の等業者には明白であろう。しかし
ながら、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限
定される。
【００３３】好ましい実施例の熱電接合 移動陽イオンを含有し、シリコンに似た熱膨張係数を有
するホウケイ酸ガラスをスパッタリングするのが好まし
いと考えられる。スパッタリングする層を厚くするとコ
スト高になるので、できる限り薄い層をスパッタリング
するのが好ましい。現時点では、１ミクロンの厚さが好
ましい。この厚さでは、ダイアフラムによっては、上方
に接合すべきウェハの下面と接触するようになる前にダ
イアフラムが偏向しうる余地が依然として残されること
になるであろう。当然のことながら、必要に応じて、ダ
イアフラムとは反対の側の面の空洞を使用することによ
り、深さをさらに減らしても良い。先の方法は、これま
で得ていた厚さの少なくとも３倍の厚さをもって申し分
のない接合を説明していた。それに最も近い明白な従来
の例は、ノルウェイのオスロにあるＣｅｎｔｅｒ ｆｏ
ｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈの第１２
回北欧半導体議会会報に掲載されたＨａｎｎｅｎｂｏｒ
ｇ及びＯｈｌｃｋｅｒｓのレポート「Ａｎｏｄｉｃ Ｂ
ｏｎｄｉｎｇｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｈｉｐｓ Ｕｓ
ｉｎｇ Ｓｐｕｔｔｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｐｙｒ
ｅｘ ７７４０ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ」に見られる。
このレポートの中には、１ミクロンのパイレックスの陽
極ボンディングの実施が記載されている。ところが、そ
の中にはこの接合を再現性をもってどのように実施すべ
きかということは記載されておらず、１ミクロンはでき
る限りの薄さであるように思われる。本発明のプロセス
は１０００オングストロームの厚さの接合を行うことが
でき、ウェハの間に７０００オングストロームの厚さの
パイレックスを挟んでウェハを接合することは既に可能
になっており、また、５ミクロンの厚さで良好な結果を
得ている。
するホウケイ酸ガラスをスパッタリングするのが好まし
いと考えられる。スパッタリングする層を厚くするとコ
スト高になるので、できる限り薄い層をスパッタリング
するのが好ましい。現時点では、１ミクロンの厚さが好
ましい。この厚さでは、ダイアフラムによっては、上方
に接合すべきウェハの下面と接触するようになる前にダ
イアフラムが偏向しうる余地が依然として残されること
になるであろう。当然のことながら、必要に応じて、ダ
イアフラムとは反対の側の面の空洞を使用することによ
り、深さをさらに減らしても良い。先の方法は、これま
で得ていた厚さの少なくとも３倍の厚さをもって申し分
のない接合を説明していた。それに最も近い明白な従来
の例は、ノルウェイのオスロにあるＣｅｎｔｅｒ ｆｏ
ｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈの第１２
回北欧半導体議会会報に掲載されたＨａｎｎｅｎｂｏｒ
ｇ及びＯｈｌｃｋｅｒｓのレポート「Ａｎｏｄｉｃ Ｂ
ｏｎｄｉｎｇｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｈｉｐｓ Ｕｓ
ｉｎｇ Ｓｐｕｔｔｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｐｙｒ
ｅｘ ７７４０ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ」に見られる。
このレポートの中には、１ミクロンのパイレックスの陽
極ボンディングの実施が記載されている。ところが、そ
の中にはこの接合を再現性をもってどのように実施すべ
きかということは記載されておらず、１ミクロンはでき
る限りの薄さであるように思われる。本発明のプロセス
は１０００オングストロームの厚さの接合を行うことが
でき、ウェハの間に７０００オングストロームの厚さの
パイレックスを挟んでウェハを接合することは既に可能
になっており、また、５ミクロンの厚さで良好な結果を
得ている。
【００３４】１ミクロンのパイレックスをスパッタリン
グした後、好ましいプロセスは窒素の中で約６０分にわ
たりウェハを摂氏６５０°で熱処理する。６００°〜７
００°の範囲はおそらく許容しうる範囲であり、窒素の
代わりに蒸気を使用する場合には、温度範囲を拡張でき
るであろう。本発明による陽極ボンディングプロセスの
きわめて重要であると見られる部分は、パイレックス
（又は同様の材料）の膜をスパッタリングされたウェハ
を次のような溶液の中に浸漬するところである。まず、
緩衝酸化物エッチングを約１５秒間行い、消イオン水の
中ですすぎ、次に、水酸化カリウム及びＨ2Ｏ2の水溶液
（好ましい組成はＫＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2 Ｏ（４０グラ
ム：３５０ミリリットル：３５０ミリリットル）に近
い）の中に３０秒間浸漬し、最後に消イオン水の中です
すぐ。このプロセスは、良好な熱電接合の歩留まりを大
きく向上させる。一方のウェハの表面がメタライズされ
ている場合、そのウェハを浸漬プロセスにさらしてはな
らない。浸漬するのがウェハの一方であれ、双方のウェ
ハであれ、このプロセスは歩留まりを向上させる。ここ
で使用する緩衝酸化物エッチング液は１０％のＨＦ緩衝
溶液であったが、他のエッチング液も使用できるであろ
う。そこで考慮すべき点は、エッチング液がエッチング
すべき表面の感度の高い構造を損傷するほど強力すぎて
はならないが、疎水性の表面を形成するのに十分な強さ
を有し且つ十分な長さにわたって浸漬されるようにする
ということである。推奨されている１５秒の時間は、こ
の条件を満たすための許容最小限の時間である。
グした後、好ましいプロセスは窒素の中で約６０分にわ
たりウェハを摂氏６５０°で熱処理する。６００°〜７
００°の範囲はおそらく許容しうる範囲であり、窒素の
代わりに蒸気を使用する場合には、温度範囲を拡張でき
るであろう。本発明による陽極ボンディングプロセスの
きわめて重要であると見られる部分は、パイレックス
（又は同様の材料）の膜をスパッタリングされたウェハ
を次のような溶液の中に浸漬するところである。まず、
緩衝酸化物エッチングを約１５秒間行い、消イオン水の
中ですすぎ、次に、水酸化カリウム及びＨ2Ｏ2の水溶液
（好ましい組成はＫＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2 Ｏ（４０グラ
ム：３５０ミリリットル：３５０ミリリットル）に近
い）の中に３０秒間浸漬し、最後に消イオン水の中です
すぐ。このプロセスは、良好な熱電接合の歩留まりを大
きく向上させる。一方のウェハの表面がメタライズされ
ている場合、そのウェハを浸漬プロセスにさらしてはな
らない。浸漬するのがウェハの一方であれ、双方のウェ
ハであれ、このプロセスは歩留まりを向上させる。ここ
で使用する緩衝酸化物エッチング液は１０％のＨＦ緩衝
溶液であったが、他のエッチング液も使用できるであろ
う。そこで考慮すべき点は、エッチング液がエッチング
すべき表面の感度の高い構造を損傷するほど強力すぎて
はならないが、疎水性の表面を形成するのに十分な強さ
を有し且つ十分な長さにわたって浸漬されるようにする
ということである。推奨されている１５秒の時間は、こ
の条件を満たすための許容最小限の時間である。
【００３５】同様に、ＫＯＨの代わりに、水酸化アンモ
ニウムなどの他の水酸化物を使用しても良い。ここで推
奨されている３０秒という時間も、疎水性表面を形成す
るのに要求される最短の時間である。次に、ウェハを整
列させ、接合する。接合前にウェハの間に真空状態を発
生させるのが好ましい。１ミクロンのパイレックスを形
成するのに好ましい温度は摂氏４００°〜４５０°であ
るが、その他の温度も許容される。ピーク温度では１５
〜２０ボルトの電圧を印加すべきであり、室温まで冷却
してゆく間にその電圧を約１００ボルトまで上げるべき
である。高温では電圧を高くしてはならない。高温で５
分間というのが良い時間であるが、その他の時間も許容
される。温度、電圧及び装置がそれらの作用を受けなけ
ればならない時間は様々に変わる。時間が長く且つ電圧
と温度が高くなれば、通常、接合状態は良好になるが、
ピエゾ抵抗センサ及び他の電気的構造を損傷する危険も
生じる。推奨値より実質的に２０％低い値を使用する
と、良好な接合を得る確率は下がるであろう。
ニウムなどの他の水酸化物を使用しても良い。ここで推
奨されている３０秒という時間も、疎水性表面を形成す
るのに要求される最短の時間である。次に、ウェハを整
列させ、接合する。接合前にウェハの間に真空状態を発
生させるのが好ましい。１ミクロンのパイレックスを形
成するのに好ましい温度は摂氏４００°〜４５０°であ
るが、その他の温度も許容される。ピーク温度では１５
〜２０ボルトの電圧を印加すべきであり、室温まで冷却
してゆく間にその電圧を約１００ボルトまで上げるべき
である。高温では電圧を高くしてはならない。高温で５
分間というのが良い時間であるが、その他の時間も許容
される。温度、電圧及び装置がそれらの作用を受けなけ
ればならない時間は様々に変わる。時間が長く且つ電圧
と温度が高くなれば、通常、接合状態は良好になるが、
ピエゾ抵抗センサ及び他の電気的構造を損傷する危険も
生じる。推奨値より実質的に２０％低い値を使用する
と、良好な接合を得る確率は下がるであろう。
【図１】過剰圧力保護を含まない従来の圧力センサを示
す図。
す図。
【図２】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図３】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図４】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図５】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図６】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図７】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図８】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図９】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造す
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
るウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図１０】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造
するウェハ製造工程を示す一連の側面図。
するウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図１１】好ましい実施例のダイアフラムセンサを製造
するウェハ製造工程を示す一連の側面図。
するウェハ製造工程を示す一連の側面図。
【図１２】低温酸化充填プロセスの５つの工程を示すウ
ェハの側面図。
ェハの側面図。
【図１３】低温酸化充填プロセスの５つの工程を示すウ
ェハの側面図。
ェハの側面図。
【図１４】低温酸化充填プロセスの５つの工程を示すウ
ェハの側面図。
ェハの側面図。
【図１５】低温酸化充填プロセスの５つの工程を示すウ
ェハの側面図。
ェハの側面図。
【図１６】低温酸化充填プロセスの５つの工程を示すウ
ェハの側面図。
ェハの側面図。
【図１７】熱酸化充填プロセスの５つの工程を示すウェ
ハの側面図。
ハの側面図。
【図１８】熱酸化充填プロセスの５つの工程を示すウェ
ハの側面図。
ハの側面図。
【図１９】熱酸化充填プロセスの５つの工程を示すウェ
ハの側面図。
ハの側面図。
【図２０】熱酸化充填プロセスの５つの工程を示すウェ
ハの側面図。
ハの側面図。
【図２１】熱酸化充填プロセスの５つの工程を示すウェ
ハの側面図。
ハの側面図。
【図２２】ガラス又はパイレックスの管に取付けられた
２つのダイアフラムを含むセンサの切取り側面図。
２つのダイアフラムを含むセンサの切取り側面図。
【図２３】ダイアフラムに至る入口通路と、出口通路と
を交互に有する２つのダイアフラムを含むセンサの、図
２４の６−６に沿った側断面図。
を交互に有する２つのダイアフラムを含むセンサの、図
２４の６−６に沿った側断面図。
【図２４】図２３のセンサの平面図。
【図２５】空洞を挟んで接合されているダイアフラム層
が成す角度の部分側面図。
が成す角度の部分側面図。
【図２６】空洞を挟んで接合されているダイアフラム層
が成す角度の部分側面図。
が成す角度の部分側面図。
【図２７】アクセスポートのエッチング後に充填材料を
含める別の実施例の側面図。
含める別の実施例の側面図。
【図２８】ダイアフラム層に空洞を有する別の実施例の
側面図。
側面図。
【図２９】容量性ダイアフラムセンサ構成の側面図。
４０ ウェハ ４１ａ 溝通路 ４３ 空洞 ４９ 誘電体層 ５０ ウェハ ５０ａ ダイアフラム層 ５３ 酸化物層 ５４ 除去領域 ５５，５６，５７ 不純物添加領域 ５８ 完成前ダイアフラム ５９ パッシベーション層 ６１ パッド ６４ ウェハ ６６，６６ａ，６６ｂ 通路 ８０ 充填材料 ８１ パイレックスガラス層 １０１ａ、１０１ｂ，１０１ｃ ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド・ダブリュ・バーンズ アメリカ合衆国 55419 ミネソタ州・ミ ネアポリス・１エスティ アヴェニュ サ ウス・5537 (72)発明者 アキンツンデ・アイ・イキンワンデ アメリカ合衆国 55437 ミネソタ州・ミ ネアポリス・ノード ロード・9968 (72)発明者 ロバート・ディ・ホーニング アメリカ合衆国 55337 ミネソタ州・バ ーンズヴィル・オーク ショア ドライ ブ・４ (72)発明者 アミア・アール・ミルザ アメリカ合衆国 55427 ミネソタ州・ゴ ールデン ヴァレイ・アキーラ アヴェニ ュ・2125 (72)発明者 トーマス・ジィ・ストラットン アメリカ合衆国 55113 ミネソタ州・ロ ーズヴィル・サンディ フック ドライ ブ・3000 (72)発明者 ディードリッチ・ジェイ・ザートフ アメリカ合衆国 55337 ミネソタ州・バ ーンズヴィル・ウッドランド ドライブ・ 205 (72)発明者 ジェイムズ・ケイ・カーネイ アメリカ合衆国 55346 ミネソタ州・エ デン プレイリィ・ポールセン ドライ ブ・7310 (72)発明者 スコット・エイ・マクファーソン アメリカ合衆国 55123 ミネソタ州・イ ーガン・カリー トレイル・837
Claims (2)
- 【請求項１】 ａ）少なくとも一方のウェハを緩衝酸化
物エッチング液の中に浸漬し、そのエッチング液をすす
ぎ落とす工程と； ｂ）次に、同じウェハを水酸化物及びＨ2Ｏ2の水溶液の
中に浸漬し、その溶液をすすぎ落とす工程と； ｃ）次に、熱電ボンディングのためにウェハを接触させ
る工程と；から成る２枚のウェハの表面を接合する低温
接合方法。 - 【請求項２】 ウェハの表面全体の熱酸化が原因となっ
て起こり、その表面にある空洞の縁部に生じるバーズビ
ーク酸化隆起構造を除去する方法において、この方法
は、 バーズビーク隆起部の周囲に深い溝のパターンを形成
し、その溝をエッチングする工程を含み、前記溝の領域
はバーズビーク隆起部の表面領域の少なくとも全てを含
む方法。
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